Chronobiologia - Chronobiology
Chronobiologia to dziedzina biologii zajmująca się badaniem procesów czasowych , w tym zjawisk okresowych (cyklicznych) w organizmach żywych, takich jak ich adaptacja do rytmów słonecznych i księżycowych . Te cykle są znane jako rytmy biologiczne. Chronobiologia wywodzi się ze starożytnego greckiego χρόνος ( chronos , co znaczy „czas”), a biologia , która odnosi się do nauki lub nauki życia . Powiązanych terminów chronomics i chronome zostały użyte w niektórych przypadkach, aby opisać Albo molekularne mechanizmy biorące udział w zjawiskach chronobiologicznych lub więcej aspektów ilościowych chronobiologii, szczególnie tam, gdzie wymagana jest porównanie cykli pomiędzy organizmami.
Badania chronobiologiczne obejmują między innymi anatomię porównawczą , fizjologię , genetykę , biologię molekularną i zachowanie organizmów związane z ich rytmami biologicznymi . Inne aspekty obejmują epigenetykę , rozwój, reprodukcję, ekologię i ewolucję.
Temat
Chronobiologia bada zmiany czasu i czasu trwania aktywności biologicznej w żywych organizmach, które występują w wielu istotnych procesach biologicznych. Występują one (a) u zwierząt (jedzenie, spanie, gody, hibernacje, migracje, regeneracja komórek itp.), (b) u roślin (ruchy liści, reakcje fotosyntezy itp.) oraz w organizmach drobnoustrojowych, takich jak grzyby i pierwotniaki . Zostały znalezione nawet w bakteriach , zwłaszcza wśród cyjanobakterii (inaczej niebiesko-zielonych alg, patrz bakteryjne rytmy dobowe ). Najlepiej zbadanym rytmem w chronobiologii jest rytm dobowy , czyli mniej więcej 24-godzinny cykl, który pokazują procesy fizjologiczne we wszystkich tych organizmach. Termin dobowy pochodzi od łacińskiego circa , co oznacza "wokół" i umiera , "dzień", co oznacza "w przybliżeniu dzień". Regulują ją zegary dobowe .
Rytm dobowy można dalej podzielić na rutynowe cykle w ciągu doby:
- Dobowy , który opisuje organizmy aktywne w ciągu dnia
- Nocturnal , który opisuje organizmy aktywne w nocy
- Crepuscular , który opisuje zwierzęta aktywne głównie w godzinach świtu i zmierzchu (np. jeleń wirginijski, niektóre nietoperze)
Podczas gdy rytmy okołodobowe definiuje się jako regulowane przez procesy endogenne , inne cykle biologiczne mogą być regulowane przez sygnały egzogenne. W niektórych przypadkach układy wielotroficzne mogą wykazywać rytmy sterowane zegarem dobowym jednego z członków (na który mogą również wpływać lub resetowane przez czynniki zewnętrzne). Endogenne cykle roślinne mogą regulować aktywność bakterii poprzez kontrolowanie dostępności produkowanego przez rośliny fotosyntetu.
Bada się również wiele innych ważnych cykli, w tym:
- Rytmy infradyjskie , które są cyklami dłuższymi niż jeden dzień. Przykłady obejmują circannual lub roczne cykli regulujące cykl migracją lub odtwarzające w wielu roślin i zwierząt lub ludzi cyklu miesiączkowego .
- Rytmy ultrasonograficzne , czyli cykle krótsze niż 24 godziny, takie jak 90-minutowy cykl REM , 4-godzinny cykl nosowy lub 3-godzinny cykl produkcji hormonu wzrostu .
- Rytmy pływowe , powszechnie obserwowane w życiu morskim, które następują po około 12,4-godzinnym przejściu od przypływu do odpływu iz powrotem.
- Rytmy księżycowe , które następują po miesiącu księżycowym (29,5 dnia). Odnoszą się one np. do życia morskiego, ponieważ poziom pływów jest modulowany w całym cyklu księżycowym.
- Oscylacje genów – niektóre geny ulegają większej ekspresji w określonych godzinach dnia niż w innych.
W każdym cyklu okres, w którym proces jest bardziej aktywny, nazywany jest akrofazą . Gdy proces jest mniej aktywny, cykl jest w bathyphase lub koryta fazie. Szczególnym momentem największej aktywności jest szczyt lub maksimum ; najniższym punktem jest nadir .
Historia
Cykl dobowy po raz pierwszy zaobserwował w XVIII wieku w ruchu liści roślin francuski naukowiec Jean-Jacques d'Ortous de Mairan . W 1751 szwedzki botanik i przyrodnik Carl Linnaeus (Carl von Linné) zaprojektował zegar kwiatowy wykorzystujący pewne gatunki roślin kwiatowych . Układając wybrane gatunki w okrąg, zaprojektował zegar, który wskazywał porę dnia przy otwieranych o każdej godzinie kwiatach. Na przykład wśród członków rodziny stokrotek używał brody jastrzębia, która otwierała kwiaty o 6:30 i jastrzębia, który otwierał kwiaty dopiero o 7 rano.
Sympozjum w 1960 r. w Cold Spring Harbor Laboratory położyło podwaliny pod dziedzinę chronobiologii.
Również w 1960 roku Patricia DeCoursey wynalazła krzywą odpowiedzi fazowej , jedno z głównych narzędzi używanych od tego czasu w tej dziedzinie.
Franz Halberg z University of Minnesota , który ukuł słowo dobowy , jest powszechnie uważany za „ojca amerykańskiej chronobiologii”. Jednak to Colin Pittendrigh, a nie Halberg, został wybrany do kierowania Towarzystwem Badań nad Rytmami Biologicznymi w latach 70. XX wieku. Halberg chciał położyć większy nacisk na kwestie ludzkie i medyczne, podczas gdy Pittendrigh miał swoje wykształcenie w dziedzinie ewolucji i ekologii. Pod kierownictwem Pittendrigha członkowie Towarzystwa przeprowadzili podstawowe badania nad wszystkimi typami organizmów, roślin i zwierząt. Ostatnio trudno było zdobyć fundusze na takie badania nad innymi organizmami niż myszy, szczury, ludzie i muszki owocowe .
Rozwój badań
- Światło i melatonina
Niedawno Alfred J. Lewy ( OHSU ), Josephine Arendt ( Uniwersytet Surrey , Wielka Brytania) i inni badacze badali terapię światłem i podawanie melatoniny jako sposób na zresetowanie rytmów dobowych zwierząt i ludzi. Dodatkowo obecność słabego światła w nocy przyspiesza dobowe ponowne porywanie chomików w każdym wieku o 50%; uważa się, że jest to związane z symulacją światła księżyca.
W drugiej połowie XX wieku znaczący wkład i formalizacje wnieśli Europejczycy tacy jak Jürgen Aschoff i Colin Pittendrigh , którzy wyznawali różne, ale uzupełniające się poglądy na zjawisko porywania systemu okołodobowego przez światło (parametryczne, ciągłe, toniczne, stopniowe). vs. odpowiednio nieparametryczne, dyskretne, fazowe, chwilowe).
- Chronotypy
Ludzie mogą mieć skłonność do bycia ludźmi porannymi lub wieczornymi; te preferencje behawioralne nazywane są chronotypami, dla których istnieją różne kwestionariusze oceny i korelacje markerów biologicznych.
- Czas posiłku
Istnieje również zegar biologiczny, który może pobierać pokarm, który nie jest ograniczony do jądra nadskrzyżowaniowego. Lokalizacja tego zegara została zakwestionowana. Pracując z myszami, Fuller i in. doszli do wniosku, że zegar żywiący się pokarmem wydaje się być zlokalizowany w grzbietowo-przyśrodkowym podwzgórzu . Podczas ograniczonego karmienia przejmuje kontrolę nad takimi funkcjami, jak czas aktywności, zwiększając szanse zwierzęcia na skuteczne zlokalizowanie zasobów pokarmowych.
- Dobowe wzorce w Internecie
W 2018 roku badanie opublikowane w PLoS ONE wykazało, że 73 wskaźniki psychometryczne mierzone w treści na Twitterze podążają za dobowym wzorcem. Badanie uzupełniające, które pojawiło się na Chronobiology International w 2021 r., wykazało, że te wzorce nie zostały zakłócone przez blokadę w Wielkiej Brytanii w 2020 roku.
- Modulatory rytmów dobowych
W 2021 r. naukowcy donieśli o opracowaniu reagującego na światło, trwającego dni modulatora rytmów okołodobowych tkanek poprzez hamowanie Ck1 . Takie modulatory mogą być przydatne w badaniach chronobiologicznych i naprawie „niezsynchronizowanych” narządów.
Inne pola
Chronobiologia to interdyscyplinarna dziedzina badań. Współdziała z medycyny i innych dziedzin badawczych, takich jak medycyny snu , endokrynologii , geriatrii , medycyny sportowej , medycyny kosmicznej i photoperiodism .
Zobacz też
- Bakteryjne rytmy dobowe
- Zegar biologiczny (starzenie)
- Rytm dobowy
- Cykl roczny
- Kiraseptan , 7-dniowy cykl biologiczny
- Rodzinne cechy snu
- Frank A. Brown, Jr.
- Hitoshi Okamura
- Efekty świetlne na rytm dobowy
- Fotoperiodyzm
- Jądro nadskrzyżowaniowe
- Skotobiologia
- Percepcja czasu
Bibliografia
Dalsza lektura
- Hastings, Michael, „ Mózg, rytmy dobowe i geny zegara ”. Przegląd kliniczny” BMJ 1998;317:1704-1707 19 grudnia.
- Kongres USA, Biuro Oceny Technologii, „ Rytmy biologiczne: implikacje dla pracownika ”. Biuro drukarskie rządu USA, wrzesień 1991. Waszyngton, DC. OTA-BA-463. NTIS PB92-117589
- Ashikari M., Higuchi S., Ishikawa F. i Tsunetsugu Y., „ Interdyscyplinarne sympozjum na temat „ludzi i środowisk”: podejścia antropologii biologicznej, antropologii społecznej i psychologii rozwoju ”. Niedziela, 25 sierpnia 2002 r.
- „ Plan zarządzania eksperymentem z biorytmami ”, NASA, Ames Research Center. Pole Moffetta, 1983.
- „ Rytmy biologiczne i adaptacja człowieka do środowiska ”. Dowództwo Badań Medycznych Armii Stanów Zjednoczonych i Materiałów (AMRMC), Instytut Medycyny Środowiskowej Armii Stanów Zjednoczonych.
- Ebert, D., KP Ebmeier, T. Rechlin i WP Kaschka, „ Rytmy i zachowania biologiczne ”, Postępy w psychiatrii biologicznej . ISSN 0378-7354
- Horne, JA (Jim) i Östberg, Olov (1976). Kwestionariusz samooceny do określenia poranka-wieczoru w rytmach dobowych człowieka. International Journal of Chronobiology, 4, 97-110.
- Roenneberg, Till, Kolonia (2010). Wie wir ticken – Die Bedeutung der Chronobiologie für unser Leben, Dumont, ISBN 978-3-8321-9520-5 .
- Towarzystwo Linneusza w Londynie
Zewnętrzne linki
- Halberg Chronobiology Center na Uniwersytecie Minnesota , założony przez Franza Halberga , "ojca chronobiologii"
- University of Virginia oferuje samouczka online na chronobiologii.
- Zobacz publikację Science Museum of Virginia Czy rośliny potrafią określić czas?
- University of Manchester ma informacyjny zegar biologiczny Web Site
- Analiza S Ertela dotycząca pracy Chizhevsky'ego