Что такое суточные колебания

Ход часов лишь однозвучный

Первая нобелевская премия 2017 года, которую традиционно вручают за достижения в области физиологии и медицины, досталась американским ученым за открытие молекулярного механизма, обеспечивающего все живые существа собственными «биологическими часами». Это тот случай, когда о значимости научных достижений, отмеченных самой престижной премией, может судить буквально каждый: нет человека, который не был бы знаком со сменой ритмов сна и бодрствования. О том, как устроены эти часы и как удалось разобраться в их механизме, читайте в нашем материале.

В прошлом году Нобелевский комитет премии по физиологии и медицине удивил общественность — на фоне повышенного интереса к CRISPR/Cas и онкоиммунологии награду присудили за глубоко фундаментальную работу, сделанную методами классической генетики на пекарских дрожжах. В этот раз комитет снова не пошел на поводу у моды и отметил фундаментальную работу, выполненную на еще более классическом генетическом объекте — дрозофиле. Лауреаты премии Джеффри Холл, Майкл Росбаш и Майкл Янг, работая с мушками, описали молекулярный механизм, лежащий в основании циркадных ритмов — одной из важнейших адаптаций биологических существ к жизни на планете Земля.

Что такое биологические часы?

Циркадные ритмы — результат работы циркадных, или биологических часов. Биологические часы — это не метафора, а цепочка белков и генов, которая замкнута по принципу обратной отрицательной связи и совершает суточные колебания с циклом примерно в 24 часа — в соответствии с продолжительностью земных суток. Эта цепочка довольно консервативна у животных, а принцип устройства часов одинаков у всех живых организмов — у которых они есть. В настоящее время достоверно известно о наличии внутреннего осциллятора у животных, растений, грибов и цианобактерий, хотя у других бактерий тоже обнаруживаются некие ритмические колебания биохимических показателей. К примеру, наличие суточных ритмов предполагается у бактерий, которые формируют микробиом кишечника человека — регулируются они, по всей видимости, метаболитами хозяина.

У подавляющего большинства наземных организмов биологические часы регулируются светом — поэтому они заставляют нас спать ночью, а бодрствовать и принимать пищу днем. При смене светового режима (к примеру, в результате трансатлантического перелета) они подстраиваются под новый режим. У современного человека, который живет в условиях круглосуточного искусственного освещения, циркадные ритмы нередко нарушаются. По данным специалистов из Национальной токсикологической программы США, смещенный на вечернее и ночное время рабочий график чреват для людей серьезным риском для здоровья. Среди нарушений, связанных со сбоем циркадных ритмов, — расстройства сна и пищевого поведения, депрессия, ухудшение иммунитета, повышенная вероятность развития сердечно-сосудистых заболеваний, рака, ожирения и диабета.

Суточный цикл человека: фаза бодрствования начинается с рассветом, когда в организме происходит выброс гормона кортизола. Следствием этого является повышение кровяного давления и высокая концентрация внимания. Лучшая координинация движений и время реакции наблюдаются днем. К вечеру происходит небольшое увеличение температуры тела и давления. Переход к фазе сна регулируется выбросом гормона мелатонина, причиной которого является естественное снижение освещенности. После полуночи в норме наступает фаза самого глубокого сна. За ночь температура тела снижается и к утру достигает минимального значения.

Рассмотрим подробнее устройство биологических часов у млекопитающих. Высший командный центр, или «мастер-часы», расположен в супрахиазматическом ядре гипоталамуса. Информация об освещенности поступает туда через глаза — сетчатка содержит специальные клетки, которые напрямую сообщаются с супрахиазматическим ядром. Нейроны этого ядра отдают команды остальным частям мозга, к примеру, регулируют выработку эпифизом «гормона сна» мелатонина. Несмотря на наличие единого командного центра, собственные часы есть в каждой клетке организма. «Мастер-часы» как раз и нужны для того, чтобы синхронизировать или перенастраивать периферические часы.

Принципиальная схема суточного цикла животных (слева) состоит из фаз сна и бодрствования, совпадающей с фазой питания. Справа показано, как этот цикл реализуется на молекулярном уровне — путем обратной отрицательной регуляции clock-генов

Takahashi JS / Nat Rev Genet. 2017

Ключевыми шестеренками в часах являются активаторы транскрипции CLOCK и BMAL1 и репрессоры PER (от period) и CRY (от cryptochrome). Пара CLOCK-BMAL1 активирует экспрессию генов, кодирующих PER (которых у человека три) и CRY (которых у человека два). Происходит это днем и соответствует состоянию бодрствования организма. К вечеру в клетке накапливаются белки PER и CRY, которые поступают в ядро и подавляют активность собственных генов, мешая активаторам. Время жизни этих белков невелико, поэтому их концентрация быстро падает, и к утру CLOCK-BMAL1 снова способны активировать транскрипцию PER и CRY. Так цикл повторяется.

Пара CLOCK-BMAL1 регулирует экспрессию не только пары PER и CRY. Среди их мишеней имеется также пара белков, которые подавляют активность самих CLOCK и BMAL1, а также три фактора транскрипции, контролирующих множество других генов, которые не относятся непосредственно к работе часов. Ритмичные колебания концентраций регуляторных белков приводят к тому, что суточной регуляции оказываются подвержены от 5 до 20 процентов генов млекопитающих.

Причем здесь мухи?

Почти все упомянутые гены и весь механизм в целом был описан на примере мушки-дрозофилы — этим занимались американские ученые, в том числе и нынешние лауреаты Нобелевской премии: Джеффри Холл, Майкл Росбаш и Майкл Янг.

Жизнь дрозофилы, начиная со стадии вылупления из куколки, строго регулируется биологическими часами. Мушки летают, кормятся и спариваются только днем, а ночью «спят». Кроме того, в течение первой половины ХХ века дрозофила была основным модельным объектом для генетиков, поэтому ко второй его половине у ученых накопился достаточный инструментарий для изучения мушиных генов.

Первые мутации в генах, связанных с циркадными ритмами, были описаны в 1971 году в статье Рональда Конопки и Сеймура Бензера, которые работали в Калифорнийском технологическом институте. Путем случайного мутагенеза исследователям удалось получить три линии мух с нарушением циркадного цикла: для одних мух в сутках как будто было 28 часов (мутация per L ), для других — 19 (per S ), а мухи из третьей группы вообще не имели никакой периодичности в поведении (per 0 ). Все три мутации попадали в один и тот же участок ДНК, который авторы назвали period.

В середине 80-х годов ген period был независимо выделен и описан в двух лабораториях — лаборатории Майкла Янга в университете Рокфеллера и в университете Брандейса, где работали Росбаш и Холл. В дальнейшем все трое не теряли интереса к этой тематике, дополняя исследования друг друга. Ученые установили, что введение нормальной копии гена в мозг «аритмичных» мух с мутацией per 0 восстанавливает их циркадный ритм. Дальнейшие исследования показали, что увеличение копий этого гена сокращает суточный цикл, а мутации, приводящие к снижению активности белка PER, — удлиняют.

В начале 90-х сотрудники Янга получили мух с мутацией timeless (tim). Белок TIM был идентифицирован как партнер PER по регуляции циркадных ритмов дрозофилы. Надо уточнить, что у млекопитающих этот белок не работает — его функцию выполняет упомянутый выше CRY. Пара PER-TIM выполняет у мух ту же функцию, что у людей пара PER-CRY — в основном подавляет собственную транскрипцию. Продолжая анализировать аритмичных мутантов, Холл и Росбаш обнаружили гены clock и cycle — последний является мушиным аналогом фактора BMAL1 и в паре с белком CLOCK активирует экспрессию генов per и tim. По результатам исследований Холл и Росбаш предложили модель обратной отрицательной регуляции, которая и принята в настоящее время.

Помимо основных белков, задействованных в процессе формирования суточного ритма, в лаборатории Янга был открыт ген «тонкой настройки» часов — doubletime (dbt), продукт которого регулирует активность PER и TIM.

Отдельно стоит сказать про открытие белка CRY, который у млекопитающих заменяет TIM. Этот белок есть и у дрозофилы, и описан он был именно на мухах. Оказалось, что если мух перед наступлением темноты осветить ярким светом, циркадный цикл у них немного смещается (судя по всему, так же это работает и у людей). Сотрудники Холла и Росбаша обнаружили, что белок TIM является светочувствительным и быстро разрушается даже в результате короткого светового импульса. В поисках объяснения феномена ученые идентифицировали мутацию cry baby , которая отменяла эффект освещения. Детальное изучение мушиного гена cry (от cryptochrome) показало, что он очень похож на уже известные к тому моменту циркадные фоторецепторы растений. Оказалось, что белок CRY воспринимает свет, связывается с TIM и способствует разрушению последнего, таким образом продлевая фазу «бодрствования». У млекопитающих, по-видимому, CRY выполняет функцию TIM и не является фоторецептором, однако на мышах было показано, что выключение CRY, так же как у мух, приводит к фазовому сдвигу в цикле «сон-бодрствование».

«Молекулярные часы» дрозофилы. На схеме отмечены упомянутые в тексте основные белки часов: CLOCK (dCLK), CYC, PER (P), TIM (T), DBT. Ph — остаток фосфата, присоединением которого регулируется стабильность PER и TIM.

Наука сна: биологические ритмы и страшные сновидения

Что такое циркадные ритмы, или почему мы спим ночью

Человек — это дневной вид. У нас есть суточные циркадные ритмы (циклы сна и бодрствования), которые настроены на то, чтобы мы бодрствовали днём и спали ночью. Мы так живём не потому, что привыкли, — внутри нас тикают часы, которые регулируют активность мозга. Это наш биологический внутренний механизм, то есть цикл «сон — бодрствование» работает не только из-за связи с внешними стимулами типа темноты или времени суток.

В шестидесятые годы прошлого века профессор Мишель Сифр поставил на себе эксперимент «Вне времени» по изучению биологических ритмов. Вместе со своими студентами он несколько месяцев провёл в пещере с постоянной освещённостью, влажностью, температурой и без часов. Результаты эксперимента показали, что даже без внешних раздражителей (естественного света, изменения погоды, посторонних шумов) человек всё равно какую-то часть времени спит, а какую-то бодрствует. Он делает это с определённой периодичностью, а не как попало.

Испытуемые начали жить по своим внутренним часам, и оказалось, что наш внутренний цикл длится чуть больше 24 часов, поэтому за время эксперимента профессор со студентами насчитали меньше суток, чем провели в пещере на самом деле.

Как работают наши внутренние часы и с чем связаны циркадные ритмы

Учёные стали искать, где находятся эти часы, и нашли их в центре мозга, в месте под страшным названием «супрахиазматическое ядро». Эта часть командует всеми остальными часами в нашем организме и устанавливает центральное время.

Внутренние часы — это гены и белки, которые очень хитро регулируют друг друга, нашу активность, аппетит, секрецию гормонов, температуру тела, артериальное давление и другие показатели. Часы идут даже в клетках нашей кожи: они тикают уже несколько миллиардов лет. И у нас, и у мухи они устроены похоже. Это очень древний и надёжный механизм, против которого идти сложно.

Нарушение и регуляция циркадных ритмов

Рассинхронизация часов и нарушение циркадных ритмов плохо сказывается на общем состоянии человека. Если мы ложимся в разное время, учимся по ночам, спим разное количество часов в будни и в выходные, мы сбиваем внутренние ритмы. Организм не успевает синхронизироваться сам с собой.

В результате может получиться так, что мозг будет считать, что сейчас день, печень — что сейчас ночь, а гормоны — что вечер. И это может сильно ударить по здоровью. Почему?

Во сне мозг не отключается — он просто занят другой работой

Центры мозга, которые днём отвечали за взаимодействие человека с окружающей средой, помогали нам обрабатывать информацию и избегать опасности, ночью начинают руководить организмом и восстанавливать его жизнеспособность. Они настраивают работу печени, лёгких, лимфатической системы, иммунитета. Во время сна все внутренние процессы восстанавливаются.

Параллельно эти процессы идти не могут: невозможно одновременно расходовать энергию и накапливать. Когда мозг включает каналы, которые активно работают вовне, у него не остаётся ресурсов обрабатывать что-то внутри. Когда машина едет, сложно заниматься её техобслуживанием и менять колёса на ходу.

Восстановление работоспособности происходит преимущественно в первые четыре-пять часов сна. В оставшиеся три-четыре часа мозг в основном «переваривает» информацию, запоминает нужное и забывает ненужное, сортирует новый опыт по различным системам памяти, формирует ассоциации. Информационная фаза обработки накопленного опыта ближе к утру, поэтому и сны нам снятся в это время.

Сон ничем не заменить и никак не компенсировать

Подросткам нужен долгий сон от 8 до 10 часов: это реальная потребность организма. Если мы будем её удовлетворять, днём мы будем работать на 100%. Если мы спим меньше, начинаем наносить себе ущерб. Если намного больше, это признак каких-то фоновых проблем.

Недостаток сна трудно осознать

Когда мы недостаточно спим, мы сами у себя отнимаем силы и не даём организму работать на максимум. Если человек не будет спать в течение суток, по исследованиям, он не восстановится даже за неделю.

Недостаток сна бьёт по функциям префронтальной коры: снижает способность к эмоциональному контролю и повышает риск депрессивных состояний. У подростков эти функции только начинают формироваться, а недостаток сна их сразу выбивает. Поэтому невыспавшегося человека так легко вывести из равновесия, довести до слёз или спровоцировать на другую бурную реакцию.

В подростковом возрасте ритмы сдвигаются на совиный тип

СХЕМА ЦИРКАДНЫХ РИТМОВ. Синяя линия — среднестатистический взрослый. Жёлтая линия — среднестатистический подросток. Спад бодрости у среднестатистического взрослого в 4–5 часов ночи. У среднестатистического подростка в 6–7 часов утра

У циркадных ритмов есть разные варианты — в зависимости от них, человек будет склонен либо к более ранней активности (жаворонки), либо к более поздней (совы). Это не культурная привычка, а наследуемая вещь.

Среди подростков большой процент сов, поэтому им труднее вставать и ложиться в ранние часы. Самый крепкий сон у них приходится на семь часов утра — время, в которое все обычно встают в школу.

Подъём в самый минимум бодрого состояния влечёт за собой недостаток парадоксального сна — последней фазы, которая критически важна для запоминания и обучения.

С возрастом внутренние часы постепенно ускоряются, и среди взрослых преобладают жаворонки.

Как наладить режим при нарушении циркадного ритма

Соблюдение режима и регуляция света позволяют подстраивать свои внутренние часы под реальность, потихоньку их ускорять или замедлять. Люди, которые живут в Москве по времени Гонконга, вечером носят солнцезащитные очки, чтобы мозг думал, что уже закат, а утром используют светобудильники для имитации восхода.

Налаживать режим после каникул или праздников лучше постепенно, поскольку нужен примерно час в сутки, чтобы организм перестроился на новый режим без последствий. Начинать нужно с того, чтобы раньше вставать на час: волевым усилием заставить себя лечь раньше мы, к сожалению, не можем. Лучше не пытаться этого делать, чтобы не связывать засыпание с тревожностью и не выработать условный рефлекс — «боязнь не заснуть».

Три дополнительных вопроса про сон

Почему дети лунатят и говорят во сне, а в подростковом возрасте это пропадает

Все системы в нашем организме имеют особенность дозревать. Регуляция сна и бодрствования тоже постепенно налаживается. У детей ещё не очень развит нейрохимический блок, и когда в парадоксальной фазе дети видят сны, они реализуют команды, которые подаёт им мозг: строят гримасы, показывают язык, двигаются. Это нарушение поведения происходит в парадоксальном сне, когда у человека сохранены быстрые рефлексы и он может действовать в соответствии с фабулой сна.

Сноговорение и снохождение происходит во второй фазе сна, когда какая-то часть мозга спит, а другая уже проснулась. Лунатики могут воспроизводить некоторые закрепившиеся рефлексы, выполнять последовательности действий, но делают они всё медленно — у них отсутствуют быстрые рефлексы.

В подростковом возрасте возникает нейрохимический блок, который не пропускает команды и не даёт нашему телу их осуществлять. Получается активный мозг в парализованном теле. Сомнамбулизм к подростковому возрасту тоже обычно пропадает. Если в детстве ходят и разговаривают во сне 10–15% детей, к пубертату нервная система постепенно созревает, снохождение и сноговорение остаётся у 2–3%.

Откуда берутся повторяющиеся страшные сны

Сновидения— это анализ накопленной за день информации, который, правда, может быть алогичным, поскольку в сновидениях преобладают свободные ассоциации. Обычно мы смотрим сны, ненужное забываем, важное — переводим в долгосрочную память и принимаем какие-то решения.

Навязчивые сны обычно бывают после какого-то страшного события. Мозг во сне обращается к этой ситуации, пытается её проанализировать, но не может ни решить, как действовать в будущем, ни забыть, ни принять этот ужас. Мозг не может отложить это и, как заезженная пластинка, постоянно возвращается к одному и тому же сюжету.

Как работают осознанные сновидения

Во время осознанных сновидений какая-то часть мозга чувствует, что мы во сне, и начинает руководить сном. Человек из исполнителя собственного сна превращается в режиссёра, который может влиять на фабулу. С одной стороны, это классный опыт — ты можешь стать кем угодно и делать что захочешь: задавать себе задачи и решать их, отрабатывать новые навыки во сне, проигрывать страхи. С другой стороны, если слишком увлечься осознанными сновидениями, можно вообще уйти от реальности и жить только во сне.

_{Автор: Екатерина Семёнова, куратор в «Университете детей», разработчик образовательных программ.}

Когда человек спит пять часов, физически он может функционировать: организм всё настроил и наладил, но ментально — нет. Если вдобавок к этому имеются какие-то расстройства сна, мозг отвлекается от своей внутренней работы, и мы хуже себя чувствуем днём, повышаются риски развития депрессии и тревоги.

Найдена связь между обменом веществ и циркадным ритмом

Новость

Периодичность приема пищи тесно связана с циклом сна и бодрствования

Автор

Редакторы

Циркадные ритмы — это суточные колебания различных физиологических и биохимических параметров организма, характерные для большинства живых существ, включая и человека. Практически в каждом органе нашего тела есть клетки, обладающие индивидуальным «молекулярным часовым механизмом». Молекулярные часы клеток печени регулируют выработку различных ферментов, необходимых для усвоения питательных веществ. Первостепенную роль в настройке этих часов играет режим питания. Недавнее исследование ученых из Института Солка позволяет предположить, что эта настройка, по крайней мере, частично происходит с помощью аденозинмонофосфат-активируемой протеинкиназы (AMPK), реагирующей на снижение уровня аденозинтрифосфата — главного энергоносителя клетки.

Размышляли ли вы когда-нибудь о том, почему мы обычно спим ночью, а работаем днем? Почему днем уже через 3–4 часа после последнего приема пищи нас снова начинает одолевать голод, а ночью можно спать 8–10 часов подряд, не просыпаясь, чтобы подкрепиться? Почему после быстрого пересечения нескольких часовых поясов на самолете мы нередко страдаем бессонницей и нарушением пищеварения? На сегодняшний день известно, что ответ на все эти «почему» кроется в циркадных ритмах — суточных колебаниях активности органов нашего тела.

В конце прошлого века ученые выяснили, что в мозгу млекопитающих есть биологический «часовой механизм», координирующий работу всего организма. Если точнее, часы эти находятся в супрахиазматическом ядре (СХЯ) гипоталамуса. СХЯ получает информацию об освещенности от специальных рецепторов, расположенных на сетчатке глаза, и посылает соответствующие сигналы другим органам с помощью гормонов и нервных импульсов. Дальше — еще интереснее: оказывается, что некоторые клетки СХЯ, а также клетки многих других органов обладают индивидуальными молекулярными часами. «Шестеренками» в этих часах служат транскрипционные факторы, активность которых меняется с течением дня (рис. 1). От активности этих ключевых транскрипционных факторов зависит синтез целого ряда различных белков, что и порождает циркадные ритмы жизнедеятельности отдельных клеток и целых органов. Яркий свет, включенный ранней ночью, способен сдвинуть циркадный ритм, активируя транкрипцию генов PER, которая обычно происходит утром.

Рисунок 1. Молекулярные часы млекопитающих. В основе часового механизма лежат два белкa: CLOCK (CLK) и BMAL1. Димеризуясь, CLOCK и BMAL1 активизируют транскрипцию генов Period (PER) и Chryptochrome (CRY). У ночных грызунов, как и у некоторых дневных животных, транскрипция генов PER1 и PER2 в СХЯ достигает своего пика утром или днем, а CRY1 и CRY2 — ближе к вечеру. Увеличение концентрации белков PER и CRY в клетке запускает механизм обратной связи, что блокирует дальнейший синтез этих белков. Согласно последним исследованиям, главным ингибитором комплекса CLOCK–BMAL1 является CRY, но действует он, только объединившись с PER. В течение ночи клеточные ферменты постепенно разлагают PER и CRY, и когда их концентрация достигает критически низкой отметки, транскрипция вновь активизируется. Продолжительность цикла зависит от скорости деградации PER и CRY.

Поговорим теперь об обмене веществ и таком органе, как печень. Печень играет очень важную роль в поддержании в крови уровня глюкозы, являющейся важнейшим источником энергии для клеток организма. Печень также участвует в обмене жиров и белков и в переработке токсичных веществ. Известно, что синтез многих ферментов, катализирующих реакции обмена жиров и углеводов, подвержен суточным колебаниям [1]. Считается, что эти колебания необходимы для того, чтобы разделить во времени несовместимые реакции катаболизма (процессы распада биомолекул) и анаболизма (процессы синтеза) [2]. В 1990-х годах господствовало представление о том, что циркадные ритмы всех периферийных органов подчинены СХЯ. Теперь же ученые пришли к выводу, что печень обладает значительной автономией, и на ее цикл в значительной мере влияет периодичность питания (по крайней мере, у лабораторных крыс и мышей). Мыши и крысы — ночные животные, и основной прием пищи у них приходится на темное время суток. Однако если пища доступна только днем, то циркадный цикл печени сдвигается на 12 часов [3]. Тем не менее, пока не ясно, как именно происходит перенастройка молекулярных часов печени.

Рисунок 2. Взаимодействие метаболического и циркадного циклов. Энергозатратные процессы биосинтеза (анаболизм) понижают уровень аденозинтрифосфата (АТФ) с одновременным повышением уровня АМФ в клетке. Увеличение соотношения АМФ к АТФ активирует AMPK. Активированная AMPK, в свою очередь, фосфорилирует CRY1, ускоряя его разложение и тем самым приближая реактивацию комплекса CLOCK / BMAL1 и новый этап транскрипции [3]. В печени мышей и крыс реактивация транскрипции обычно происходит во второй половине дня — то есть, в конце периода отдыха, когда запасы питательных веществ, накопленные ранним утром, начинают подходить к концу.

Рональду Эвансу (Ronald M. Evans) и его коллегам из американского Института Биологических Исследований им. Солка удалось продемонстрировать, что фермент, реагирующий на наличие питательных веществ — аденозинмонофосфат (АМФ)-активируемая протеинкиназа (AMPK) — фосфорилирует белок CRY1, тем самым способствуя его разложению (рис. 2) [4]. Ученые идентифицировали в составе CRY1 две аминокислоты, фосфорилирование которых существенно снижает стабильность белка в культуре клеток, — это остатки серина 71 (S71) и 280 (S280). Эксперименты с мутантными клетками, у которых отсутствует активная форма AMPK, доказали, что именно эта киназа фосфорилирует S71.

Фосфорилирование S71 усиливает убиквитилирование (специальное мечение белков, подлежащих уничтожению, — см. «Вездесущий убиквитин» [5]) CRY1 и одновременно разрушает комплекс CRY1–PER2. Еще до этого ученым было известно, что убиквитилирование и деградация CRY1 и CRY2 в значительной степени определяет длину циркадного цикла [6]. Эксперименты с генетически измененными мышами подтвердили зависимость между активностью AMPK и циркадным циклом в печени. Эти результаты находятся в соответствии с моделью, изображенной на рис. 2. Однако есть основания предполагать, что AMPK является не единственным механизмом связи между метаболизмом и циркадным ритмом. В частности, NADP / NADPH и ядерные рецепторы также могут играть немаловажную роль [1], [2].

В самом начале этой статьи уже упоминалось о том, что люди, в короткое время пересекающие несколько часовых поясов, а в особенности те, кто вынуждены делать это регулярно, часто страдают нарушением сна и проблемами с пищеварением — так называемым «джетлагом». Причиной джетлага является сбой циркадных ритмов организма. У мышей СХЯ может настроиться на новый режим на следующий же день после смены часового пояса, однако для перенастройки других органов, в особенности печени, требуется около недели. Таким образом происходит временная десинхронизация ритмов отдельных органов, что не может не сказаться на их работе. Частые сбои циркадных ритмов органов пищеварения в конечном счете нередко приводят к нарушению обмена веществ и ожирению. Будем надеяться, что дальнейшее изучение циркадных ритмов поможет найти средство, способное облегчить адаптацию организма к смене часовых поясов.

Ввиду технических проблем, на сегодняшний день молекулярный механизм циркадных ритмов различных органов достаточно детально изучен только у лабораторных крыс и мышей, о которых не раз упоминалось в этой статье. Однако достоверно известно, что устройство молекулярных часов человеческих клеток и клеток грызунов очень схоже, по крайней мере, в случае клеток кожи [7]. Интересно также, что мутация человеческого гена PER2 вызывает очень редкий синдром ранней фазы сна, при котором люди ежедневно просыпаются ранним утром, примерно в 3–5 часов. Чтобы восстановить свои силы в полной мере, такие люди вынуждены ложиться спать тоже очень рано. Все эти факты заставляют предположить, что достаточно сильное сходство между людьми и лабораторными грызунами есть и в регуляции циркадных ритмов печени.

Как настроить биологические часы на идеальный режим дня?

Термин «биологические часы» используют в разных контекстах. Но всегда имеется в виду, что на выполнение определенной функции организма отведено ограниченное время. Касается это и цикла «сон — бодрствование». Человек не просто так ложится спать вечером, а просыпается утром. За это отвечают циркадные ритмы. Из этого материала вы узнаете, что это такое, можно ли взять под контроль данный механизм.

Циркадный ритм — что это?

В 2017 году американские физиологи получили Нобелевскую премию за вклад в изучение механизмов, называемых циркадными ритмами. Это биологические ритмы, связанные со сменой дня и ночи.
Ученые установили, что существует ген, который контролирует суточные изменения в организме:
• сон и бодрствование;
• выработку гормонов;
• скорость обменных процессов;
• реакции на стресс.

Этим геном кодируется белок, накапливаемый в клетках в темное время суток. Когда всходит солнце, вещество начинает расходоваться. Человек просыпается, и внутренние процессы в его теле ускоряются.
Проще говоря, циркадный ритм — это механизм, работа которого основана на биологических часах организма. Он отражает циклические колебания, происходящие в течение суток.

Как работает?

Существует внешний цикл, составляющий 24 часа: он обусловлен вращением Земли вокруг Солнца. Биоритм каждого живого существа подстраивается под него. У человека он приближен к 24 часам (±15 минут).

Идеальный суточный режим организм выстраивает самостоятельно, подстраиваясь под смену дня и ночи:
• в 6:30 происходит резкий скачок кровяного давления;
• в 7:30 прекращается выработка мелатонина (гормона сна);
• в 8:30 активизируется перистальтика кишечника;
• в 9:00 достигает максимума концентрация тестостерона;
• в 10:00 повышается бдительность;
• в 14:30 достигается лучшая координация движений;
• в 15:30 у человека наблюдаются самые быстрые реакции;
• в 17:00 лучше всего работает сердечно-сосудистая система;
• в 18:30 отмечается самое высокое давление;
• в 19:00 достигает максимума температура тела;
• в 21:00 начинает вырабатываться мелатонин;
• в 22:30 подавляется перистальтика кишечника.

Таким образом, тело само диктует, когда нам нужно просыпаться и ложиться спать, ходить в туалет, заниматься физическими упражнениями, приступать к интеллектуальной работе. Учет этого распорядка влияет на состояние здоровья.

Влияние циркадных ритмов на здоровье

Изучение циркадного ритма человека позволило понять важность своевременного пробуждения и отхождения ко сну. Он объясняет, почему не стоит ставить будильник ранее, чем на 7:30, ведь телу нужно время на подготовку к выходу из состояния сна. Суточный биоритм обуславливает и вред ночного образа жизни, посменной работы, при которых эндокринная и нервная системы буквально путаются в расписании.

Соблюдение цикла, установленного внутренними часами, позволяет:
• нормализовать метаболические процессы;
• предотвратить расстройства пищеварения;
• взять под контроль гормоны;
• добиваться максимальной эффективности на работе;
• получать удовольствие от физических нагрузок.

Знание биологических ритмов подсказывает, как вести здоровый образ жизни и не испытывать от этого стресс. Когда организм вовремя получает то, в чем нуждается, он менее подвержен всевозможным заболеваниям.

Нарушение циркадного ритма

Иногда происходит десинхронизация внутренних ритмов человека и внешнего цикла «день — ночь». Исследуют их преимущественно неврологи — в контексте нарушения режима сна и бодрствования.

Рассматриваются несколько их типов:
• Джетлаг. Из-за резкого перемещения между часовыми поясами (на два и более) появляются расстройства вегетативного характера (слабость, головная боль, дезориентация, тошнота).
• Нарушение сна при посменной работе. Из-за сбоя выработки мелатонина возникает бессонница, повышается уровень стресса, возможно развитие депрессии.
• Расстройство фаз сна. Из-за рассинхронизации сон приходит с опозданием, соответственно, откладывается и пробуждение. Некоторые, наоборот, засыпают слишком рано.

Все это влияет на здоровье. Организм вынужден резко подстраивать естественные процессы под сложившийся режим. В итоге его жизнедеятельность протекает не так, как заложено природой.

Последствия для здоровья

Сон должен быть своевременным. Это время диктуется не семьей, расписанием уроков, режимом работы или личными предпочтениями, а биоритмами.
Самое очевидное последствие их игнорирования — сонливость в течение дня, вплоть до развития нарколепсии (кратковременного засыпания на ходу). Это влечет снижение концентрации, что чревато ухудшением работоспособности и созданием аварийных ситуаций.
Если суточный распорядок не соблюдается, человек не может полноценно отдохнуть.

Постоянное пребывание организма в состоянии усталости в отдаленной перспективе чревато:
• сердечно-сосудистыми заболеваниями;
• гормональными сбоями;
• метаболическими нарушениями;
• ослаблением иммунитета;
• психическими расстройствами;
• онкологическими процессами.

Возрастает также риск появления аутоиммунных заболеваний. Работая ночью, когда нужно спать, тело вступает во внутреннее противоборство с самим собой. И оно в любом случае будет искать способы прекратить это.

Как настроить циркадный ритм?

Нормальные суточные биоритмы широко известны. Если обнаружилось, что привычный режим дня вступает с ними в противоречие, «часовой механизм» можно «починить». «Инструментом» станет дневной свет — основа формирования 24-часового цикла.

Главное правило: чем меньше света, тем больше мелатонина. Поэтому утром нужно сразу же распахивать все шторы, а если за окном темно — включать лампы. Ближе к ночи, наоборот, следует минимизировать количество света.

Выяснилось, что за желание спать отвечают фоточувствительные ганглионарные клетки сетчатки. Именно они фиксируют рассвет и закат, чтобы передать сигналы в мозг и запустить или остановить процесс выработки мелатонина. Поэтому наши внутренние биоритмы зависят от лицезрения света.

Как справиться с джетлагом?

Исследования показали, что перемещения на запад переносятся легче, чем на восток. Причина — в том, что в первом случае сон и пробуждение переносятся на более позднее время, а во втором — на более ранее.

Дальние перелеты происходят не так часто, чтобы вызвать существенные патологии. Поэтому задача путешественника — предотвратить появление симптомов, ухудшающих качество жизни.

Для этого рекомендуется:
• начать постепенное смещение цикла сна и бодрствования за несколько дней до поездки, чтобы перемены были не такими резкими;
• получить как можно больше солнечного света в первое утро на новом месте;
• перед сном обеспечить полную темноту (без гаджетов, ночников).

Если отхождение ко сну оказывается слишком затруднительным, возможно применение снотворных кратковременного действия. Подбор препарата лучше доверить врачу.

Как нормализовать сон при сменной работе?

У людей, вынужденных периодически работать по ночам, сбиваются суточные биоритмы. Каждый день у них меняется режим дня, и организм едва успевают перестраиваться с одного цикла на другой.

Для нормализации внутренних процессов неврологи рекомендуют:
• включать свет в период бодрствования;
• обеспечивать полную темноту во время сна;
• надевать солнцезащитные очки за несколько часов до предполагаемого засыпания для постепенного снижения выработки мелатонина;
• использовать беруши и затемняющие маски во время сна.

Особенно важна социальная составляющая настройки биологических часов. Домочадцы должны осознать, что здоровье ночного работника подвергается опасности, и не мешать созданию комфортных для него световых условий.

У кого бывают нарушения фаз сна?

Для ответа на этот вопрос нужно отделить людей с истинными нарушениями фаз сна от обладателей определенных хронотипов.

Их всего три:
• Утренний (жаворонки). Биологические часы сдвинуты примерно на три часа назад.
• Асинхронный. Биологические часы соответствуют нормальному циркадному ритму.
• Вечерний (совы). Биологические часы сдвинуты примерно на три часа вперед.

Совы и жаворонки — это не жертвы неправильных привычек. Просто у первых ген PER3, отвечающий за циркадные ритмы, укорочен, а у вторых — удлинен.
Синдрому смещения фаз подвержены люди с асинхронным хронотипом. Если их режим дня десинхронизируется с обычным циркадным ритмом, начинаются расстройства сна и сопутствующие неприятные симптомы. У жаворонков подобные явления наблюдаются редко, у сов — исключены в принципе.

Как бороться с нарушением фаз сна?

Человек с асинхронным хронотипом может устранить такое расстройство коррекцией режима дня и светотерапией. Конкретные действия зависят от необходимого направления сдвига.

• Проблема – долгое засыпание, решение – ранее пробуждение + светотерапия в дневное время.
• Проблема – ранее пробуждение, решение – светотерапия в вечернее время.
• Проблема – сдвиг фаз сна, решение – пропорциональная задержка сна и пробуждения до нормализации.

Если эти меры не помогают, возможен прием экзогенного мелатонина — синтетического гормона (эндогенный вырабатывается самим организмом). Он позволяет корректировать время наступления биологической ночи — периода замедления физиологических процессов и отхождения ко сну.
Препараты на основе этого действующего вещества (например, Мелаксен, Меларитм) являются снотворными, они регулируют нейроэндокринные функции. Поэтому принимать их можно только под контролем врача.

Что делать жаворонкам и совам?

Особенности циркадных ритмов людей с утренним и вечерним хронотипами обусловлены генетически, а не патологически. Чистых жаворонков и сов в природе не так много — 15 и 20% от общего населения планеты.

Конструктивными решениями для них могут стать:
• смена места жительства (совам комфортнее на западе, жаворонкам — на востоке);
• оптимизация режима сна и отдыха с опорой на часы максимальной производительности (у жаворонков — до 12:00, у сов — после 16:00);
• распределение типов деятельности в соответствии с особенностями хронотипа (при утреннем слуховая чувствительность максимальна с 7 до 13 часов, при вечернем — с 19 до 1 часа).

Лечить таких людей бессмысленно: они не больны. Заставлять их жить в соответствии со стандартным циркадным ритмом опасно. Это равносильно постоянному насильственному выбиванию обычного человека из стандартного биоритма.

В снотворных здесь необходимости нет — они только навредят. От избыточного потребления кофе тоже лучше воздержаться: обладатели нестандартных хронотипов более склонны к зависимости.

An Overview of Diurnal Mood Variation (Morning Depression)

Nancy Schimelpfening, MS is the administrator for the non-profit depression support group Depression Sanctuary. Nancy has a lifetime of experience with depression, experiencing firsthand how devastating this illness can be.

Verywell Mind articles are reviewed by board-certified physicians and mental healthcare professionals. Medical Reviewers confirm the content is thorough and accurate, reflecting the latest evidence-based research. Content is reviewed before publication and upon substantial updates. Learn more.

Daniel B. Block, MD, is an award-winning, board-certified psychiatrist who operates a private practice in Pennsylvania.

Verywell / Madelyn Goodnight

While technically not a separate diagnosis from clinical depression, diurnal mood variation is sometimes referred to as “morning depression.” Diurnal mood variation doesn’t appear as a unique entry in the Diagnostic and Statistical Manual (DSM-5), though it’s considered a hallmark symptom of severe clinical depression (specifically the melancholic subtype).

Definition

For those who have mild depression and other mood disorders, it’s not uncommon to experience symptoms at night. A person may have more energy and a better mood earlier in the day, with symptoms of depression becoming worse at night.

People who experience diurnal mood variation typically feel the symptoms of melancholic depression most intensely in the morning and notice a gradual improvement as the day goes on.

People who are depressed may feel there is no clear reason for the mood changes they experience at certain times of the day. Unlike people who do not have depression, they may feel that they are unable to control the changes.

Studies have shown that people who don’t have depression may also experience similar fluctuations in mood. However, they usually report these fluctuations are in response to certain situations or influences.  

While there are some similarities, diurnal mood variation differs from mood changes that occur with the change of seasons. It’s also not the same as seasonal affective disorder (SAD), which is typically influenced by the time of year rather than the time of day.

Symptoms

People who have depression with diurnal mood variation have a low mood and feel that their depression symptoms are at their worst in the morning, but they seem to get better throughout the day. In addition to characteristic clinical depression symptoms like profound sadness and low mood, people with diurnal mood variation may also:

• Be irritable or easily frustrated
• Feel extremely tired and lethargic upon waking, creating difficulty completing daily tasks or a morning routine (such as showering, dressing, making breakfast)
• Have little to no enthusiasm or interest in the day ahead (even if pleasurable activities are planned)
• Have problems focusing and poor concentration
• Have trouble waking up or getting out of bed
• Sleep longer than normal (known as hypersomnia)

Causes

As with the causes of clinical depression, the driving force behind diurnal mood variation isn’t completely understood. One theory is that the variations occur in response to circadian rhythms. Your circadian rhythm is the natural pattern of variations in wakefulness, body temperature, blood pressure, and hormone levels that your body goes through during a 24-hour day.

Even people who don’t have a mood disorder can experience sleep trouble based on changes in their circadian rhythm. Therefore, it makes sense that these irregularities could contribute to symptoms of depression.

Researchers know that people who have depression are especially vulnerable to irregularities in their internal clock and sleep patterns.   A person’s mood can be affected even when they knowingly alter their sleep patterns, such as by staying up later or rising earlier to accommodate work or social activities.

Mood swings may be instigated by changes to external light and dark cues, such as the timing of sunrise and sunset. These factors can also influence other depressive disorders such as SAD. But research also suggests that making changes to try to stabilize relationships between sleep, wakefulness, eating, exercise, meal times, and the timing of medication may decrease the impact of diurnal mood variation.  

Diagnosis

Diurnal mood variation doesn’t have its own specific diagnostic criteria. People who experience it are usually diagnosed with major depression or a similar condition. For example, some people with bipolar disorder experience similar symptoms and may be misdiagnosed with unipolar depression.   A professional assessment is vital to making the distinction, as these conditions require different treatments.  

While your doctor or psychiatrist is evaluating you for depression or another mental health disorder, they will often ask questions about your sleep habits, as well as how your mood changes throughout the day. For example, they may ask if you are sleeping more or less than usual, how well you are sleeping, and if you feel better in the morning than in the afternoon or evening.

Depression Discussion Guide

Get our printable guide to help you ask the right questions at your next doctor’s appointment.

Treatment

If you experience diurnal mood variation, start by talking to your doctor or mental health professional about your options for treating the specific type of depression you have, including different forms of psychotherapy, medications, or a combination of interventions.

Light Therapy

It’s unclear if depression causes circadian rhythm disturbances or if disruption of one’s circadian rhythm contributes to depression. In either case, phototherapy may also help people with morning depression.  

Also known as light therapy or lightbox therapy, phototherapy involves shining full-spectrum bright light that mimics natural outdoor light on your face while sitting the appropriate distance away from the light box. During phototherapy, you will either sit next to a lightbox or be fitted with visor designed to expose your eyes to artificial light that mimics natural daylight.

Light therapy is used to treat an array of medical and mental health conditions. These include bipolar disorder, schizoaffective disorder, premenstrual syndrome (PMS), and sleep disorders like insomnia.

Medications & Supplements

There are several different classes of antidepressant medications that can be prescribed for depression. Research has suggested that some medications may be more effective at addressing morning depression than others.  

Melatonin is a hormone that helps regulate your body’s circadian rhythm. Some people find taking a melatonin supplement improves their sleep patterns and may help them cope with symptoms of morning depression.  

Research has suggested that a specific atypical antidepressant called agomelatine, a synthetic form of melatonin, could be an effective treatment for depression with diurnal mood variation.   However, as of 2019 agomelatine is not available in the United States.   The drug is available in the United Kingdom where it is sold under the brand name Valdoxian.

If you or a loved one are struggling with diurnal mood or morning depression, contact the Substance Abuse and Mental Health Services Administration (SAMHSA) National Helpline at 1-800-662-4357 for information on support and treatment facilities in your area.

For more mental health resources, see our National Helpline Database.

Coping

If you experience morning depression, you may also find it helpful to try making some lifestyle changes to see if your symptoms improve, such as:

• Avoid stimulants. Don’t drink alcohol or caffeine-containing coffee, tea, or hot chocolate too close to bedtime. Tobacco can also contribute to poor sleep quality—another reason to try to quit smoking.
• Curate a sleep space. Make your bedroom conducive to rest and relaxation. Keep it quiet, cool, and dark. Don’t do any activities in your bed other than sleep or have sex. Your brain associates your bed with what you do there. If you watch TV, do work on your laptop, or play games on your phone in bed, it becomes associated with these activities as well.
• Dim the lights. The light from your computer, TV, and phone screen can trick your brain into thinking it’s morning, making it more difficult to fall and stay asleep. Turn off screens at least one hour before you head to bed.
• Don’t take naps. If you can’t do without, try to keep naps short. Avoid taking one late in the day, as it may affect your sleep at night.
• Get physical. Regular exercise helps regulate mood and can improve your sleep, but timing is key. A good workout can be stimulating, so some people prefer exercising in the morning. If you’re not an early riser or your schedule only leaves time for the gym later in the day, just try to wrap up your workout at least four hours before it’s time to tuck in.
• Optimize your mental energy. If you have any flexibility in your schedule, try to avoid making appointments, taking meetings, or working on big projects earlier in the day. Studies have even suggested going to therapy later in the day (when you may feel more mentally up for a session) can be beneficial.  
• Stick to a sleep schedule. Go to bed at the same time each evening and wake up at the same time each morning.

A Word From Verywell

If you have depression, you may notice your symptoms seem worse at certain times of the day. While diurnal mood variation or morning depression isn’t a diagnosis in and of itself, it can be a symptom of major depression (specifically melancholic depression).

It’s important that you talk to your doctor or a mental health professional if you recognize depression symptoms and they are impacting your daily life. Certain medications, therapies, and lifestyle changes may be able to help you cope with the fluctuations in your mood throughout the day. Together with your doctor, you can find what works best for you.

Verywell Mind uses only high-quality sources, including peer-reviewed studies, to support the facts within our articles. Read our editorial process to learn more about how we fact-check and keep our content accurate, reliable, and trustworthy.

Speed T, DePaulo JR. Major Depressive Disorder. Johns Hopkins Psychiatry Guide. Johns Hopkins Medicine Website.

Forty L, Smith D, Jones L et al. Clinical differences between bipolar and unipolar depression. British Journal of Psychiatry. 2008;192(5):388-389. doi:10.1192/bjp.bp.107.045294

Morris D, Trivedi M, Fava M et al. Diurnal mood variation in outpatients with major depressive disorder. Depress Anxiety. 2009;26(9):851-863. doi:10.1002/da.20557

Germain A, Kupfer DJ. Circadian rhythm disturbances in depression. Hum Psychopharmacol. Oct 2008;23(7):571-85. doi:10.1002/hup.964

Smeraldi, E and Delmonte, D. Agomelatine in depression. Expert Opin Drug Saf. Nov, 2013;12(6):873-80. doi:10.1517/14740338.2013.828690

Суточные (циркадные) ритмы

Поведение практически всего живого, от водоросли до человека, привязано к временным циклам, которые обычно соотносятся с продолжительностью дня. Например, листья многих растений раскрываются на рассвете и складываются на закате, и любому, кто совершал дальний авиаперелет, известно о феномене «смещения времени», когда человек плохо себя чувствует, резко оказавшись в другом часовом поясе. В середине XX века ученые спорили, является ли такое поведение реакцией на внешние раздражители или формируется под влиянием внутреннего механизма. Сегодня мы знаем, что оно обусловлено внутренними механизмами, получившими название «биологических часов».

Исследования, которые позволят узнать, как именно работают эти биологические часы в организме человека и других животных, пока еще не закончены, но то, что такие часы существуют, уже не вызывает сомнения. В частности, эксперименты на плодовой мушке показали, что, изменяя всего один ген, можно получить мушек, лишенных внутренних часов, мушек, страдающих бессонницей, и мушек, у которых продолжительность циклов сна и бодрствования отлична от 24 часов.

Хорошо известно, что у человека упадок жизненных сил приходится на 3-4 часа утра (один поэт назвал это «кромешной полночью души»), и действительно, смерть в эти часы наступает чаще, чем в любое другое время суток. Все физиологические функции, от дыхания до сердцебиения, подчиняются этим циклам. Плохое самочувствие при перелете через несколько часовых поясов возникает из-за нарушения этих циклов, так как организм пытается синхронизировать внутренние часы со светлым временем суток на новом месте. Но время реакции, необходимое для восстановления равновесия, неодинаково для всех наших физиологических и психических функций, поэтому мы чувствуем себя неважно в течение нескольких дней, пока не будет восстановлена синхронизация.

Опытные путешественники хорошо знакомы с влиянием дальних перелетов на суточные ритмы. При пересечении нескольких часовых поясов нарушается синхронизация всех суточных ритмов человека. И это нарушение биоритмов сохраняется до тех пор, пока в новом часовом поясе циклы не придут в соответствие со светлым временем суток. Обычно на это требуется несколько дней. Путешественники часто берут с собой препарат мелатонин, чтобы быстрее перевести цикл сна в новый режим, поскольку мелатонин вызывает засыпание в любом цикле.

Сергей Архипов 15.03.2007 23:15 Ответить

Тема очень интересная.

С моей точки зрения суточные ритмы у человека и животных синхронизированы с колебанием гравитации в конкретной точке земного шара. Данные колебания обусловлены вращением Земли, влиянием Луны и Солнца и практически постоянны на протяжении тысячелетий.
Естественно амплитуда колебаний не велика, но существенна для клеток. Их биохимический аппарат и мембраны способны реагировать на изменения гравитации. Периодическое изменение гравитации является своего рода вводителем ритма каскадов биологических процессов в живых системах.
Да, ‘биологические часы’ внутри нас, но их ‘маятником’ является суточные гравитационные колебания, с которыми синхронизированы значительное число биологических процессов. Их совокупность обуславливает существование биоритмов. Перемещение живой системы в иную точку на земной поверхности приводит к диссинхронизации колебания гравитационного поля и ритмичности биологических процессов. Применительно к человеку физиологические, биохимические и субъективные проявления этого общеизвестны. Подробнее см. http://www.enet.ru/~archipov

Известны ли кому близкие точки зрения?

Labas ” /> Сергей Архипов 02.10.2010 22:27 Ответить

А у Вас есть хоть малейшее доказательство Ваших предположений? Если бы это было так и колебания гравитации могли захватывать ритмы, тогда феномен свободнотекущего ритма, наблюдаемый в отсутствии таких известных цайтгеберов как свет, пища и температута, вообще бы не наблюдался. Ведь гравитация всепроникающа и избавиться от нее можно лишь вне планеты. Так что высказанная выше идея – чушь

Сергей Архипов ” /> Labas 19.12.2010 11:36 Ответить

Спасибо за высказанные мысли, извиняюсь, что не было времени ответить раньше, попробую пояснить свою позицию:

1. Имеется множество видов животных внутренние ритмы, которых не зависят от освещенности (животные глубоких пещер, внутрипочвенные животные (черви), эндопаразиты животных, животные океанического дна, глубоководные рыбы, животные арктических и антарктических широт (за полярным кругом) где ½ года свет, ½ года ночь…). Нельзя забывать и о слепых но в остальном вполне здоровых субъектах (муж. и жен.) у которых циклические процессы не нарушены, а пределы жизни не ограничены. Т.о. свет не может быть «всеобщим» цайтгебером.

2. Температура среды обитания многочисленных видов живых существ стабильна (животные глубоких пещер, эндопаразиты животных, животные океанического дна, глубоководные организмы…). Т.о. температура окружающей среды т.ж. не может быть «всеобщим» цайтгебером. Более того каждый организм стремиться поддержать постоянство температуры своей внутренней среды. Известно, что составные части живого организма: клетки, органы и системы органов эффективно функционируют только в очень узком интервале оптимальных температур.

3. Пищевой фактор один из важнейших факторов существования, и может запускать отдельные ритмические процессы. Однако известны немало видов, которые способны длительно сохранять жизнеспособность, равно как и поддерживать внутренние ритмические процессы без приема пищи: животные находящиеся в спячке (при низкой либо высокой температуре окружающей среды), вынужденное (напр. клещи) либо целенаправленное голодание (напр. человек), «отказ» от приема пищи в брачные периоды (напр. нерестовые виды рыб), миграции – длительные переходы (верблюды) примеров много. Т.о. пища думается т.ж. не может быть «всеобщим» цайтгебером.

Гравитация не ведущий, но один из важнейших факторов внешней среды. К ней однозначно живые системы приспособлены и «настроены» на ее колебания. Колебания величины гравитации зависят от сил притяжения Земли, Луны, Солнца и ближайших планет. В невесомости (на околоземной орбите) сила притяжения земли мало влияет на человека, равно как и другую живую систему. Однако циклическое влияние луны, солнца и ближайших планет сохраняется. В своей работе посвященной морфомеханике, я гравитацию рассматриваю как одну из составляющих механического фактора, под которым подразумеваю сумму всех механических воздействий на живую систему. Я говорю, что живая система способна приспосабливаться к механическому фактору и он может влиять на биологические процессы. Гравитационные колебания это одно из глобальных ритмических воздействий, оно сохраняет стабильность на протяжении тысячелетий и соизмеримо со временем формирования и существования видов. Живые системы (разных видов) однозначно к нему приспособлены. Мне видится, что суточные колебания гравитационного фона выступают в виде синхронизатора значительного числа биологических процессов, являются внешним «камертоном» для них, что важно при непостоянстве освещения, температуры, влажности, пищи….

До сих пор циклические гравитационные колебания мало учитываются при изучении течения биологических процессов в живых системах. Интересна работа которая дает пищу для размышлений: http://elementy.ru/news/431454 Думается, что дорсомедиальная часть супрахиазматического ядра (СХЯ) способна отслеживать колебания гравитации и/или механического фактора внешней среды, с которыми согласуются внутренние циклические процессы у человека…

В своей работе «Рассуждение о морфомеханике», я более подробно рассмотрел влияние механического фактора (включающего и «гравитационную» составляющую), на биологические процессы, в том числе циклические, подробнее см.: http://archipov-sergey.livejournal.com/ Может там, Вы сможете лучше понять мою позицию.

Прошу прощения за мнослов
С уважением Сергей Архипов

Капик ” /> Сергей Архипов 04.01.2011 21:56 Ответить

Улыбнула логика автора. В своем последнем посте автор приводит доказательства того, что суточные ритмы не зависят от освещенности, температуры и т.п. (хотя даже не доказательства, а примеры, которые больше походят на исключения), но не приводит ни одного доказательства того (или хотя бы просто проявления), что суточный ритмы зависят от гравитационных колебаний.
Я не переходил по ссылкам, указанным автором, ибо думаю, что ничего нового они не откроют, однако могу в ответ также привести три аргумента:
1. Гравитационные колебания, или выражаясь научным языком, гравитационные волны, хоть и были предсказаны Эйнштейном, но почти за сто лет поиска так и не были найдены. Что уж говорить – если сверхточные приборы не могут их найти в масштабах вселенной, то вряд ли организмы могут их улавливать в масштабах земли, даже если они и есть
2. Не помню в каком классе это проходят, возможно у автора все еще впереди, однако до сих пор еще не обнаружено различие между гравитационной и инерциальной массами, а также то, что организм не может отличить действие силы гравитации от любой другой силы, вызывающей движение с ускорением (ну и законы Ньютона никто не отменял). К чему я это? Да к тому что при человек испытывает “перегрузки” больше, чем от движения луны вокруг земли, и при поднимании на лифте хотя бы на один этаж, сила гравитации земли изменяется больше, чем амплитуда этих гипотетических “гравитационных колебаний”. Я это к тому, что на любой организм непрерывно воздействуют такие силы, которые напрямую или косвенно (движение с ускорением) изменяют действующую на него силу гравитации намного сильнее, чем эти гравитационные колебания (это примерно то же самое, что встать рядом с ниагарским водопадом, мимо которого пролетает эскадрилья реактивных самолетов, и пытаться перекричать весь этот шум).
3. Ну и опять же, в старших классах изучают такие понятия как пределы и бесконечно малые величины. Т.е. даже если колебания гравитационного поля земли и существуют, то они настолько малы по сравнению с самой силой гравитационного поля, что просто не могут быть уловлены ни каким-либо живым организмом, ни прибором.

И в заключение вопрос к автору – приведите пример (желательно подтвержденный обоснованием) – какая сила может вызвать эти гравитационные колебания и почему их период совпадает с астрономическими сутками? Гравитационное воздействие Солнца сразу отметаем за счет того, что оно компенсируется центростремительным ускорением земли. Может быть направление потока нейтрино? :)))

Сергей Архипов ” /> Капик 06.01.2011 19:48 Ответить

Под «гравитацией» я подразумевал «гравитационное притяжение Земли». Известно, что на его величину влияют окружающие Землю космические тела, прежде всего Луна и Солнце. Последние вызывают на Земле приливные явления (суточные приливы). Главные из них – лунная волна O1 с периодом 25,8 ч и лунно-солнечная волна K1 с периодом в 23,9 ч [1] (заметьте, их продолжительность «околосуточная»). Гравитационное взаимодействие Земли с Луной и Солнцем приводит к периодическим вариациями ускорения силы тяжести [2], а, следовательно, и силы гравитационного притяжения Земли. Последнее в свою очередь закономерно обуславливает циклические колебания механических напряжений в клетках, тканях и органах живой системы, создавая своего рода ритмический фон. Приливные силы Солнца и Луны исключительно значимы для живых систем и составляют ~85% общего гравитационного возмущения на Земле от всех тел солнечной системы [3]. С моей точки зрения изменение механических напряжений в отдельных органах нейроэндокринной системы (например супрахиазматическое ядро) инициирует выработку периодических сигналов (гормоны, нервные импульсы), посредством которых происходит регулировка и согласование между собой циклических биологических процессов. Исходя из этого я и высказывают точку зрения о том, что колебания гравитационного притяжения Земли более обоснованно считать «всеобщим» цайтгебером, чем температуру и освещенность. По своему влиянию на живую систему (ее автоколебательные биологические процессы), суточные изменения гравитационного притяжения Земли подобны маятнику, поддерживающему равномерный ход часов.

О «примерах и исключениях»… Вы не задумались, что их слишком много, чтобы считать их исключениями «подтверждающими правило» о «всеобщих» цайтгеберах – освещенности и температуре.

Вы считаете, что «…колебания гравитационного поля земли … не могут быть уловлены ни каким-либо живым организмом, ни прибором». Само гравитационное поле – естественно, но организм способен отслеживать изменение ускорения силы тяжести и интенсивность внутренних сил (механических напряжений) порождаемых, в том числе гравитационным притяжением Земли. Известно, что львиная доля рецепторов в нашем организме – различного рода механорецепторы. Посредством их мы можем ощущать изменение «механических напряжений» внутри тела в тканях и органах (путешествие на самолете, скоростном лифте). Более того, человеку даже доступно приблизительно измерять величину гравитационного притяжения. Не верите, спросите у Нила Армстронга . Колебания гравитационного притяжения Земли общеизвестный факт и регистрируются приборами «гравиметрами» [4]. Кстати посредством подобных приборов установлено, что амплитуда ускорения силы тяжести лунного приливного действия доходит до 0,249 мГал, а солнечного – до 0,096 мГал [5]. Логично предположить, что механорецепторы живых систем, а также отдельные клетки способны регистрировать изменения ускорения силы тяжести и внутритканевых механических напряжений на бессознательном уровне. Ориентируясь на них как на импульсы внешнего «задающего» устройства, организм регулирует продолжительность различных «циркадных биоритмов», согласовывает их между собой в соответствии с генетической программой и исходя из принципа оптимальности.

1. Антонов Ю. В., Антонова И. Ю., Волкова Е. Н. Результаты синхронных наблюдений лунно-солнечных вариаций силы тяжести в различных широтах (Саратов и Бишкек) // Вестник ВГУ, серия: геология, 2010, №1, январь-июнь, С.213 -217.
2. Способ выявления предвестников землетрясений // Патент Российской Федерации № 2179326.
3. Диденко А.Н. О временной связи процессов в ядре и литосфере. Российский журнал наук о Земле. Т.1, N3.1999 г.
4. Устройство и способ измерения гравитации // Патент Российской Федерации № 2144686.
5. Таблицы физических величин. Справочник. Под ред. акад. И.К.Кикоина. – М.:Атомиздат, 1976, 995 с.

Labas ” /> Сергей Архипов 14.09.2013 22:28 Ответить

продолжаем разговор 🙂
1. О множестве видов животных, якобы не зависящих от освещенности. Зависят, и еще как! уже году так в 2000 или чуть позже-раньше, было показано, что у человека, как впрочем и у других млеков, помимо колбочек и палочек, в сетчатке есть фоторецепторы с другим, отличным от родопсина, пигментом – меланопсином. Так вот, эти фоторецепторные ганглиозные клетки имеют проекцию посредством ретиногипоталамического пути непосредственно в супрахиазматические ядра! и это позволяет полностью слепым и людям и каким-нибудь голым слепышам прекрасно подстраиваться под 24х часовой цикл свет-темнота. То есть они действительно слепы и неспособны воспринимать зрительную информацию и стоить в мозгу визуальные образы на ее основе, но информация о цикле свет-тень все равно достигает мозга и захватывает ритмы.
Про заполярье я даже отвечать не буду, настолько это неправда. Что касается обитателей глубин, то информации по их ритмам очень мало, буду рад любой ссылке на адекватные работы. Эндопаразиты прекрасно подстраиваются под внешний для них суточный ритм человека. Если сместить суточный ритм человека на несколько часов, то на это же значение изменится и суточный ритм выхода тех же кокцидий. Так что не аргумент.
2. Вы так и не ответили, каким же образом, согласно вашей гипотезе, можно объяснить существование свободнотекущего ритма у животных в изоляции от всех доступных стимулов (акустических, визуальных, магнитных)? ведь это явление полностью опровергает вашу гипотезу.
А вообще, просто почитайте про исследования Мишеля Сифра (еще в 60-70хх), благо на русском про него публиковали и в советское время и сейчас в сети найти не проблема, думаю, Вы сами поймете несостоятельность вашей идеи.

Суточные ритмы.

Они обнаружены у разнообразных организмов, от одноклеточных до человека. Это ритмы с 24-часовой периодичностью. Их называют также циркадными ритмами. Такие ритмы врожденные, генетически обусловленные.

Биоритмы — это периодические колебания какого-либо биологического процесса. Графически биоритмы можно описать синусоидой с определенной амплитудой и фазой колебаний.

У человека отмечено свыше 100 физиологических функций, затронутых суточной периодичностью: сон и бодрствование, изменение температуры тела, объема, химического состава мочи, мышечной и умственной работоспособности и т. д.

У амеб в течение суток изменяются темпы деления. У некоторых растений к определенному времени суток приурочены открывание и закрывание цветков, поднятие и опускание листьев, максимальная интенсивность дыхания и т. п.

По смене периодов сна и бодрствования животных делят на дневных и ночных. Ярко выражена дневная активность у домашних кур, птиц отряда воробьиных, сусликов, муравьев, стрекоз. Типично ночные животные — ежи, летучие мыши, совы, кабаны, большинство кошачьих, тараканы.

Некоторые виды имеют приблизительно одинаковую активность как днем, так и ночью.

Белки-летяги, для которых характерна сумеречная активность, просыпаются вечером синхронно, в строго определенный час. В условиях эксперимента, будучи помещены в полную темноту, белки сохраняют околосуточный ритм. Тем не менее он может сбиваться, если не возобновлять чередование дня и ночи.

У человека циркадные ритмы изучались в различных ситуациях: в пещерах, герметических камерах, подводных плаваниях и т. п. Обнаружилось, что в отклонениях от суточного цикла у человека большую роль играют типологические особенности нервной системы. Циркадные ритмы могут быть различными даже у членов одной и той же семьи.

У большинства видов при попадании их в другие географические пояса возможна перестройка циркадного ритма. Обычно она происходит не сразу, а захватывает несколько циклов и сопровождается рядом нарушений в физиологическом состоянии организма. Например, у люлей, совершающих перелеты на самолетах на значительные расстояния, наступает десинхронизация их физиологического ритма с местным астрономическим временем. Организм начинает перестраиваться. При этом чувствуются повышенная усталость, недомогание, желание спать днем и бодрствовать ночью. Адаптивный период продолжается от нескольких дней до двух недель.

Десинхронизация ритмов представляет собой важную медицинскую проблему в организации ночной и сменной работы лиц ряда профессий, в космических полетах, подводных плаваниях, работах под землей.

Циркадные и суточные ритмы лежат в основе способности организма чувствовать время. Эту способность живых существ называют «биологическими часам и» живых организмов, которые ориентируют их не только в суточном цикле, но и в более сложных геофизических циклах изменений природы.

Приливно-отливные ритмы. Виды организмов прибрежной полосы живут в условиях очень сложной периодичности, когда на 24-часовой цикл освещенности накладывается еще чередование приливов и отливов, фаза которых смещается ежедневно на 50 минут.

Устрицы во время отлива плотно сжимают створки и прекращают питание. Периодичность открывания и закрывания раковины у них сохраняется еще долгое время после перенесения их в аквариум.

Рыбка атерина, обитающая у берегов Калифорнии, использует в своем жизненном цикле высоту приливов. В самый высокий прилив самки откладывают икру у кромки воды, закапывая ее в песчаный грунт. С отступлением воды икра созревает во влажном песке. Выход мальков происходит через полмесяца и приурочен к следующему высокому приливу.

Периодичность, равная лунному месяцу, — эндогенный ритм размножения японских лилий, — часто служит сигналом к размножению, нересту многощетинковых червей паоло. У человека отмечена склонность к кровотечениям у оперированных больных в зависимости от фаз Луны. Но приспособительное значение большинства эндогенных лунных ритмов пока неизвестно.

Годичные ритмы — одни из наиболее универсальных в живой природе. Годичные изменения в живой природе тесно связаны с размножением, ростом, миграциями и переживанием неблагоприятных периодов года.

Сезонные изменения представляют собой глубокие сдвиги в физиологии и поведении организмов, затрагивающие их морфологию и особенности жизненного цикла. Очевиден приспособительный характер этих изменений.

Чем резче сезонные изменения внешней среды, тем сильнее выражена годовая периодичность жизнедеятельности организмов. Осенний листопад, спячка, запасание жиров, сезонные линьки, миграции развиты преимущественно в зонах умеренного и холодного климата, а в тропиках сезонная периодичность в жизненных циклах выражена менее резко.

Таким образом, наступление очередного этапа годичного цикла у живых организмов частично происходит в результате эндогенной ритмики, а частично вызывается колебаниями внешних факторов.

Одним из наиболее точно и регулярно изменяющихся факторов среды является длина светового дня, ритмы чередования темного и светлого периодов суток. Именно этот фактор служит большинству организмов для ориентации во времени года.

Фотопериодизм — это реакция на сезонные изменения длины дня, ритм чередования светлого и темного периодов суток. Фотопериодизм растений и животных — наследственно обусловленное, генетически закрепленное свойство. Изучением закономерностей сезонного развития природы занимается особая прикладная отрасль экологии — фенология.