С того времени, как на Земле зародилась жизнь, время получило свое истинное значение. Ибо оказалось, что все живы существа реагируют на замену времен года, и смена закатов и восходов в той либо другой степени отражается на жизни хоть какой козявки. Что уж гласить о человеке!
Циркадианная биология
Хронобиология — наука, изучающая воздействие временами циклических галлактических процессов на самочувствие и жизнедеятельность живых созданий, в том числе человека. Феномен в том, что это наука, которой как бы и нет. К примеру, Рассел Фостер (Russell Foster), доктор Оксфордского института (University of Oxford), изучает околосуточные, другими словами циркадианные (от лат. circa — около и dies — денек) ритмы и имеет специализацию «циркадианный нейробиолог». А вот в заглавии специальностей нейробиолога Дина Буономано (Dean V. Buonomano), доктора Калифорнийского института (University of California) либо Альберто Оливерио (Alberto Oliverio), доцента психологии римского института (Sapienza, Università di Roma) не отражено то, что они изучат воздействие смен времен суток и года на организмы, хотя исследования этих ученых лежат конкретно в русле хронобиологии.
В Рф выходят такие книжки, как «Стрелки часов и наше здоровье» либо «Хронобиология и спорт» — и создатели в обоих случаях не хронобиологи. Создатель первой, Вячеслав Апрелев — спец по прикладной астрономии и системному анализу, кандидат военно-морских наук; создатель 2-ой, Владимир Александрович Таймазов — ректор Санкт-Петербургского муниципального института физической культуры имени П. Ф. Лесгафта. На одном из русских веб-сайтов, посвященном хронобиологии и хронобиотикам, создатели завершают собственный многостраничный опус фразой: «хронобиология — часть практической астрологии». Астрология совсем справедливо не считается наукой ни в какой стране мира, в то время как исследования ритмов жизни являются конкретно научными.
В человеческом организме и многих других живых созданий принято различать два типа ритмов: циркадианные, связанные с солнечным циклом, и инфрадианные, повторяющиеся через опредленные, но не однообразные периоды. Циркадианные ритмы являются главным понятием хронобиологии. Они связаны с повторяющейся сменой освещенности, другими словами вращением Земли вокруг собственной оси. Самый обычный пример циркадианного ритма — чередование состояния бодрствования со сном. Неплохим примером инфрадианных ритмов может служить процесс овуляции: ей присуща регулярность, но четкого промежутка меж циклическими процессами не существует — периоды могут иметь разную длительность.
Время — снаружи либо снутри?
Как появилась догадка, что многие процессы «привязаны» к солнечному ритму, появился вопрос: что является для живого организма «часами»? Любознательный опыт провел в 1729 году ученый секретарь Парижской Царской Академии (L'Académie franςaise) де Мэран (Jean-Jacques D'Ortous de Mairan, 1678–1771), астролог и математик. Заметив, что ночкой фасоль опускает листья, а перед рассветом поднимает, он решил «обмануть» растение. Но в черной комнате деньком и в освещенной комнате ночкой листья фасоли делали то, что им положено делать в это конктерное время суток. Последоватили де Мэрана повторили его опыты, поместив растения в глубокую черную пещеру, где температура была неизменна и деньком, и ночкой. Движения листьев длилось! Только через много дней эти движения закончились, но от очень недлинной вспышки света вновь возобновились. Так появилась догадка, что «часы» находятся снутри клеток растения. Главный вопрос — где конкретно и как они работают? Поразительно, да и сейчас наука не способна дать четкого и конкретного ответа на этот вопрос.
«Внутренние часы» позволяют летучим мышам безошибочно найти, когда настало время выйти из зимней спячки и отправиться на охоту. Фото (Creative Commons license): www.viajar24h.com
Больше данных свидетельствуют о том, что «часы» не сбиваются вне зависимости от того, находится ли орагнизм в состоянии покоя либо же активной жизнедеятельности. Пчелы на зиму костенеют в собственных черных ульях, а «часы» у их идут всю зимнюю пору, и весной пчелы верно определяют время суток. Охлаждаются и костенеют при температуре, близкой к 0 градусов, повисшие вниз головой в черных пещерах летучие мыши. Проходит много месяцев до теплых летних ночей, и когда приходит время, мыши вылетают на ловлю ночных насекомых. Не сбиваются с подходящей фазы и околосуточные повторяющиеся процессы у растений, помещенных на много недель в мглу при неизменной температуре. При всем этом нет никаких наружных проявлений хода «часов», движения «стрелок» не видно.
Солнце, что мне на данный момент делать?
Воздействие освещенности на жизнедеятельность организмов кажется естественным и не настолько таинственным, но это не мешает ученым делать все новые открытия в этой области. Исследование группы американских ученых под управлением Брайана Крэйна (Brian R. Crane), доктора факультета химии и хим биологии Корнелльского института (Cornell university) показало, как свет «запускает» механизмы защиты у грибов Neurospora crassa на молекулярном уровне.
Ученые исследовали белок, нареченный vivid («яркий, живой»), который содержит хромофор — свето-абсорбирующую молекулу. Хромофор захватывает квант света, и приобретенная энергия света вызывает ряд взаимодействий, которые в конечном счете приводят к изменениям на поверхности «яркого» белка. Эти структурные конфигурации включают гены, в том числе те, что запускают (либо останавливают) создание каротиноида. Заменив единственный атом (серу на кислород) на поверхности белка, исследователи смогли предупредить структурные конфигурации, нарушив регулирование производства каротиноида. Так как в природе такие подмены фактически невозможны, разумеется, что этот механизм очень надежен.
Солнечный свет включает самые разные механизмы в живых организмах. Если у грибов свет запускает механизм защиты от радиации солнечных лучей, у других живых созданий свет регулирует, к примеру, время раскрытия бутона. Для животных, ведущих дневной стиль жизни, рассветные лучи солнца — сигнал к просыпанию, а для тех, кто активен ночкой, — это сигнал «отбоя».
По словам Рассела Фостера, меж мушками-дрозофилами и мышами (которых ученые избрали в качестве обычного объекта исследования) 600 миллионов лет эволюционной истории, но молекулярный часовой механизм и зависимость от циркадианных ритмов у настолько различных живых созданий почти во всем идентичны.
Солнечный свет «запускает» многие принципиальные процессы жизнидеятельности организмов на молекулярном уровне. Группа доктора Брайана Крэйна узнала, как «запускается» механизм защиты грибов при помощи особенного белка. Ещё в 1972 году южноамериканские исследователи проводили опыты с супрахиазматическим ядром — структурой мозга, расположенной над перекрестом зрительных нервишек. Оказалось, что разрушение супрахиазматического ядра приводит к исчезновению циркадианной двигательной активности животных: периоды сна и бодрствования становятся у их беспорядочными. У животных с нефункционирующим супрахиазматическим ядром теряется цикличность выброса в кровь гормонов стресса — адреналина и глюкокортикоидов. Иллюстрация: Cornell University
Который час?
Интересно, как наш организм отмеряет время? Ранее было принято мыслить, что мозг имеет «встроенные часы». В границах фронтального отдела гипоталамуса есть зона, так называемое супрахиазматическое ядро, клеточки которой поддерживают информацию о 24-часовом цикле. Даже раздельно взятый нейрон из этой зоны способен испускать электронные импульсы в рамках 24-часового ритма, доказывая, что механизм регулирования основан на молекулярных взаимодействиях снутри единственной клеточки. Группа Рассела Фостера открыла и обрисовала фоторецепторы снутри глаза млекопитающих, улавливающие свет и запускающие механизмы, подчиненные циркадианным ритмам.
Принципно другую модель восприятия времени предложил Дин Буономано. Он обрисовывает эту модель очень образно: «Представьте, что вы бросили камень в воду — по гладкой поверхности водоема пойдут круги. Взглянув на эту рябь, наблюдающий может представить, когда конкретно был брошен камень. В нашей модели мозг работает конкретно так: хоть какой сенсорный сигнал обрабатывается, вызывая каскад реакций в клеточках мозга и их цепочках. Информация о последующем сигнале оказывается последующим звеном в контексте уже приобретенных ранее сигналов». В процессе исследования было увидено, что добровольцы теряют «чувство времени», если интервалы предваряются случайным, сбивающим с толку, сигналом. Возможно, если б мозг содержал «встроенные часы», наружный сигнал навряд ли вывел бы их из строя.
Супрахиазматическое ядро — уникальная структура. Когда учёные убирают ядро из мозга мышей и помещают в питательную среду, насыщенную кислородом, то ещё несколько месяцев нейроны ядра сохраняют циклическую стабильность — изменяется частота и амплитуда поляризации мембраны, также уровень выработки разных сигнальных молекул. Иллюстрация: Russell Foster
Осенняя хандра
Длительность светового денька принципиальна для человека, и электронное освещение тут не достаточно что меняет. Некие особо светочувствительные люди говорят, что им становится обидно уже в конце июля — всего только поэтому, что солнце в зените больше не стоит так высоко, как в денек летнего солнцестояния, а их проницательные глаза это фиксируют.
Альберто Оливьеро лицезреет предпосылки осенней хандры в гормональном дисбалансе. Совокупа причин — укороченный световой денек, перепады температуры воздуха — принуждают организм создавать новый осенний «коктейль» гормонов, в каком, по сопоставлению с летней версией, ниже толика серотонина (гармона радости) и выше — мелатонина. Мелатонин делает расслабляющие функции, он способен вызывать сонливость и в некой степени увеличивает склонность человека к депрессии. Чтоб противостоять этим невзгодам, Оливьеро рекомендует гулять на свежайшем воздухе по последней мере 20–30 минут денек (так организм лучше «освоит» новейшую сезонную программку). Ещё один метод самолечения — солнце, истинное либо искусственное, главное, чтоб оно содержало все лучи диапазона. В конце концов, доктор из Рима предлагает учитывать, что организму легче даются аэробные нагрузки (упражнения на выносливость, увеличивающие потребление организмом кислорода) нагрузки в первой половине денька, а анаэробные (силовые) — после пополудни, и в согласовании с этим планировать собственный денек.
Оборванный сон
Ещё одна осенняя поруха — переход на зимнее время, которая делается в 67 странах мира. Вячеслав Апрелев утверждает, что от перевода стрелок больше вреда, чем полезности, и аргументирует это так. Согласно положениям эволюционной сомналогии, человек ощущает себя выспавшимся и здоровым, когда его мозгу удается «отработать» все циклы резвого и неспешного сна. Длительность фаз неспешного сна в течение ночи укорачивается от цикла к циклу, зато периоды резвого сна удлиняются: от 5–10 минут сначала до 30 минут к рассвету. Резвый сон активизирует процессы памяти, и, если его оборвать до окончания фазы, то процессы запоминания инфы будут «сбиты». Если усвоенный за прошедший денек материал не переносится в долговременную память, он стирается и стремительно забывается. Плохой сон нарушает обычное для организма расписание выработки гормонов, также тянет утрату многих качеств необычного мышления.
Существованию «сов и жаворонков» есть полностью научное разъяснение, и связано оно с выбросами гормонов кортизола и мелатонина. У «жаворонков» максимум выброса кортизола, участвующего в обмене веществ, происходит ранее, чем практически у всех людей, — в 4–5 часов утра. А выброс гормона сна — мелатонин — происходит за длительное время до полуночи. У «сов» всё напротив: мелатонин выделяется позднее, поближе к полуночи, а пик выброса кортизола смещен на 7–8 часов утра. Фото (SXC licence): Nara Vieira da Silva Osga
Рассел Фостер считает недочет сна небезопасной неувязкой современных продвинутых стран: неувязка в том, что укороченный сон впрямую вредит тем мозговым механизмам, которые определяют способность нашего мозга к инновациям. Что означает укороченный сон? По оценкам ученых, сначала XX века люди спали более 9 часов, в 1960-х — более восьми часов. В наши деньки 2/3 работающих янки и практически столько же (62%) россиян дремлют наименее восьми часов в день в течение всей рабочей недели.
Тем, кому понижение креативности кажется несущественной неувязкой, стоит задуматься о другом: работа в ночную смену вместе с такими известными канцерогенами, как завышенное уф-излучение и выхлопные газы наращивает риск захворать раком. Первым на канцерогненность ночных смен направил внимание онколог Ричард Стивенс (Richard Stevens), доктор Института штата Коннектитут (University of Connecticut). Ещё в 1987 году он опубликовал работу, в какой установил связь меж ночной работой дам и развитием у их рака груди. Конкретно с ночными сменами, как следствием индустриализации США в 1930-е годы, он связывал рост раковых болезней у дам в этот период. Не так давно проведенные исследования подтвердили, что дамы, которые в течение многих лет работали в ночную смену, вправду болеют более часто раком груди, а мужчины имеют завышенный риск захворать раком простаты.
Есть по часам
В США в текущее время пользуется популярностью трехчасовая диета, предложенная Джорджем Крузом (Jorge Cruise). Смысл её достаточно прост: довольно есть каждые три часа и потреблять менее тыщи четырёхсот пятидесяти калорий в денек, чтоб терять 1 кг избыточного веса в неделю. Создатель методики делает упор на четкое соблюдение временного интервала: 6 порций пищи в денек усваиваются легче, чем 3–4, а 3 часа меж приемами еды — безупречный интервал для окончания процесса пищеварения. Более того: потому что меж приемами еды уровень инсулина в крови сохраняется, человек не испытывает мук голода, которые появляются у тех, кто следует серьезным диетам. Круз ведает, что к идее питания через каждые три часа его подтолкнула публикация результатов 1-го исследования в журнальчике New England journal of medicine: ученые нашли, что уровень горомона кортизола понижается на 17% у добровольцев, которые едят каждые три часа. По словам Круза, высочайший уровень кортизола ассоциируется с завышенной жировой массой тела — животрепещущей для США неувязкой. Это и навело его на идея создать трехчасовую диету.
Даже не хронобиологу мысль таковой диеты должна показаться достаточно логичной, ведь организму требуется приблизительно два часа на пищеварение, соблюдение режима питания — в любом случае благо, а о том, что лучше есть почаще, но более маленькими порциями издавна уже говорят докторы всех специальностей.
Следовать за Солнцем, соблюдать, а не нарушать ритмы собственного организма современному человеку не всегда просто. Зато полезно.
Виктория Грегуольдо
