Космологическая модель Вселенной. Биологическое время

    Однако многие говорят о неодинаковости физического и биологического времени: биологическое время

    1. неравномерно, нерегулярно, т.к. нерегулярны изменения, лежащие в его основе (физическое и биологическое время неодинаково, т.к. существует биологический и календарный возраст человека).

    2. масштабы времени в живом отличны от масштабов физического времени (особенно это касается человека в стрессовых ситуациях, когда время сжимается или растягивается).

    3. биологическое время многомасштабно (живые системы противопоставляют себя внешней среде и существуют одновременно и как индивидуально дискретные особи и как единицы более сложных систем.

    Временная организация биологических систем представляет собой центральную проблему области биологии, получившей название хронобиологии (от греческих слов хронос - время, биос - жизнь и логос- учение, наука). Хронобиология – междисциплинарная наука, включающая методы и представления других естественнонаучных дисциплин (молекулярной биологии, генетики, биофизики, биохимии, морфологии и др.) Она использует достижения точных наук (математика, физика и химия). Со своей стороны хронобиология дает другим наукам о жизни более точное и объективное знание о биологических процессах и формирует методологическую основу изучения различных сторон жизнедеятельности организма с учетом фактора времени. Основная задача хронобиологии - выяснение роли фактора времени в существовании и развитии биологических систем. Процессы, протекающие в живых системах, осуществляются во времени упорядоченным образом. Упорядоченность - основа их временной организации [7].

    Любые изменения в живых системах обнаруживаются только при сравнении состояний системы как минимум в двух временных точках, разделенных большим или меньшим интервалом. Однако их характер может быть различным. О фазовых изменениях в системе говорят когда, в системе последовательно сменяются стадии какого-либо биологического процесса. Примером может служить смена стадий онтогенеза, то есть индивидуального развития организма. Изменения такого типа свойственны морфофизиологическим показателям организма после воздействия на него каким-либо фактором. Эти изменения характеризуют как нормальное течение процессов в организме, так и реакцию на воздействия.

    Имеется особый класс периодических изменений деятельности и поведения живых систем - биологические ритмы. Учение о биологических ритмах (в узком смысле) получило наименование биоритмологии, т.к. сегодня признается, что биологический ритм - один из наиболее важных инструментов исследования роли фактора времени в деятельности живых систем и их временной организации.

    Ритмические изменения - когда воспроизводятся биологические явления или состояния биологических систем через приблизительно равные промежутки времени (цикл). Почему воспроизведение, а не повторение? Каждый новый цикл изменений только подобен предыдущему, его параметры обязательно отличаются от старого цикла. Это делает биологический ритм отличным от механического колебания.

    В новом цикле воспроизводится общая структура, форма ритма. Этот новый цикл по форме похожий на старый, по своему содержанию отличается от него. Это очень глубокая и важная закономерность позволяет понять, каким образом, возникает новое содержание в остающейся прежней структуре и почему необратим процесс развития какой-либо функции, морфологического образования или организма в целом. Образно можно сказать, что биологический ритм в данном случае подразделяет процесс развития на отдельные отрезки (кванты), то есть делает развитие квантованным, этим достигается единство непрерывности и дискретности. Квантованность изменений, происходящих в живой системе, имеет прямое отношение в проблеме размерности (естественных единиц биологического времени).

    Биологические ритмы обнаружены на всех уровнях организации живой природы – от одноклеточных до сложноустроенных многоклеточных организмов растений и животных, в том числе человека, и от молекулярных и субклеточных структур до биосферы. Это свидетельствует о том, что биологическая ритмика – одно из наиболее общих свойств живых систем. 
Биологические ритмы признаны важнейшим механизмом регуляции функций организма, включает принцип отрицательной обратной связи и обеспечивающим гомеостаз, динамическое равновесие и процессы адаптации в биологических системах. 

    4.2. Значение колебательных процессов

    Благодаря тому, что процессы в организме испытывают колебания сохраняется целостность системы при изменении внешних условий. Например, артериальное давление у человека ритмично изменяется на протяжении суток, месяца, года. В переживающей структуре нервной ткани наблюдаются ритмы потребления кислорода с периодами 1-4 минуты, 2 часа, 24 часа и 5 суток.

    Илья Пригожин пишет, что когда система эволюционирует и достигает точки бифуркации, колебания вынуждают систему выбрать ту ветвь, на которой будет происходить ее дальнейшая эволюция. Пригожин считает, что колебательные процессы определяют глобальный исход эволюции системы. Эти ситуации – выбор системой пути развития через точки бифуркации – он называет порядком через флюктуацию (точку разветвления процессов, когда развитие может идти или одним или другим путем). Книга Пригожина “Порядок из хаоса” – из этой концепции следует, что неустойчивость (колебательность) тесно связана с необратимостью развития живого, необратимое, однонаправленное время появляется только потому, что будущее не содержится в настоящем, вернее, содержится в нем как одна из возможностей. 

    4.3. История биологических ритмов

    Когда и почему возникли биологические ритмы? История биологических ритмов, точнее, реконструкция этой истории, относится к числу интересных и важных проблем. Однако надо ясно представлять себе насколько трудна задача реконструирования этой истории. Сложность не только в том, что до конца не ясна проблема происхождения жизни, а и в том, что не сохранились материальные отпечатки реликтовых биологических ритмов. 
С позиций представления о естественном происхождении живого из неживого эволюционным путем, биологической эволюции предшествовала химическая эволюция. Однако химические реакции (многие) обратимы, а химические системы энтропийны. Поэтому то, из чего возникла в какой-то момент жизнь, можно назвать хаосом.

    Мы сегодня плохо знаем границу между этим хаосом и биологической упорядоченностью биологических процессов.

    По мнению многих ученых, при переходе химической формы движения к биологической организации систем во времени имела ведущее значение. То есть важнейшим процессом, приводящим к появлению жизни, надо считать появление временной упорядоченности в исходных системах. 
Возникновение биологических ритмов многие авторы связывают с автоколебаниями в химических и физических системах. Известно, что в определенных условиях колебания присущи довольно большому числу химических процессов. Период таких колебаний занимает от нескольких секунд до нескольких минут (высокочастотные колебания). Если периоды таких колебаний можно изменить какими-либо воздействиями на систему, то можно предположить, что такое удлинение (до 24 часов) могло иметь место в период образования живого [4, 7].

    Ответить на этот вопрос естествознание пыталось, моделируя эволюцию предбиологических систем в условиях, моделирующих суточный цикл освещаемости и морские приливы - отливы. При повторении суточного ритма в смеси химических веществ возникали сферические структуры, подобные коацерватам.

    То есть периодические воздействия среды на простейшие системы оказывают положительное влияние на их развитие. Именно через взаимодействие со средой организм сначала становится упорядоченным во времени (соотносит свои функции со средой), а затем и становится обладающим временной организацией.

    Эволюция биологических ритмов происходила в направлении удлинения перехода их колебаний. Суточный ритм формируется только после возникновения клеточных систем, таких как индивид (или популяция) – то есть таких биологических систем время, существования которых превышает 24 часа (сутки).

    Суточный ритм, приобретаемый живыми системами, имел адаптивное значение. Первоначально навязанный системе ритм, если он адаптивно ценен (помогает выжить системе), становится наследуемым – передается по наследству. И будет передаваться до тех пор, пока ритм не перестанет быть адаптивно ценным.

    Биологические временные процессы должны быть лабильны. Лабильность (от лат. labilis – скользящий, неустойчивый) – свойство биологических ритмов изменяться, эволюционировать. Если бы параметры были бы очень жесткими, то при изменении условий среды организмы не смогли бы продолжить свою жизнь. Если система обладает дефектом временной организации (ритм очень жесткий) – такая система имеет мало шансов приспособиться к внешним условиям [2, 6].

    Как проявляется лабильность биологических ритмов? 
Как организм регулирует свои временные отношения с окружающим миром?

    I. за счет фотопериодичности. Это реакции организма на смену дня и ночи, проявляющиеся в колебаниях интенсивности физиологических процессов. Через восприятие света органами зрения, изменения ритма двигательной активности, экстрасенсорное восприятие.

    II. за счет внутреннего регулирования (генетическая регуляция). Факт генетической регуляции биологических ритмов очевиден, но закономерности генетической программы временной организации в целом неизвестны. 
Например: изучался ритм двигательной активности у мух-дрозофил. Установлено, что мозг мух выделяет какой-то гуморальный фактор, регулирующий ритм двигательной активности. При трансплантации мозга от донора-мухи с коротким периодом ритма наследственно аритмичному реципиенту происходило восстановление двигательной активности с тем же коротким ритмом.

    Установлено, что биологические ритмы, с одной стороны, имеют эндогенную природу и генетическую регуляцию, а с другой – их осуществление тесно связанно с модифицирующим действием факторов внешней среды, так называемых датчиков времени. Эта связь лежит в основе единства организма со средой и во многом определяется экологические закономерности [7].

    Обнаружены биологические ритмы чувствительности организмов к действию факторов физической и химической природы, например, лекарственных средств. Это стало основой для развития хронофармакологии, то есть способов применения лекарств с учетом зависимости их действия от фаз биологических ритмов функционирования организма. Организмы и от состояния его временной организации, изменяющейся при развитии болезни. 
Знание о закономерностях биологических ритмов используют при профилактике, диагностике и лечении заболеваний человека (хрономедицина) при организации режимов труда и отдыха (хроногигиена) и т.д. 

    4.4. Особенности биологических ритмов у человека

    Деятельность  человеческого организма, как и  других живых существ, множеством биологических  ритмов. Общебиологические закономерности биологических ритмов свойственны и человеку.

    Например: фотопериодичность свойственна  и человеку, но у нас она имеет  несколько меньшее значение по сравнению  с животными 
Звуковые сигналы, цвета окружающего мира, мотивационные ситуации, взаимоотношения между членами коллектива может оказывать сильное влияние на биологические ритмы человека. Все это составляет группу социальных датчиков времени для человека.

    У отдельного человека достаточно хорошо выражены отличия, они относятся к устойчивым индивидуальным свойствам и рассматриваются как одни из элементов конституции человека. Хронобиологическая форма человека индивидуальна. Она обусловлена, с одной стороны, внутренними, в том числе генетическими механизмами, с другой – взаимодействием организма со средой.

    Хронотип  человека чаще всего определяют в зависимости от того, в какое время суток наблюдается активная фаза биологического ритма “сон – бодрствование”. Различия в этом ритме позволили выделить у людей группы утреннего и вечернего типа. Первые – жаворонки – рано просыпаются и рано засыпают. Вторые – совы – поздно засыпают и поздно просыпаются. Кроме того, существует тип людей, которых нельзя включить ни в первый, ни во второй тип (т.н. “голуби”).

    Разница между “жаворонками” и “совами” обнаруживается в особенностях личности. Неудачи у “жаворонков” вызывают сомнения в собственных силах, их охватывает тревога, их предприимчивость угасает. Источник трудностей они видят в дурном самочувствии, их любимая тема – пошатнувшееся здоровье. Они избегают неприятных конфликтов, разговоров, эмоциональных проблем.

    “Сов” такие конфликты не пугают, в острых ситуациях они меньше волнуются. Присущая им проницательность и умение разобраться в людях укрепляет их веру в себя. Гораздо менее “жаворонков” они подвержены нервным и сосудистым заболеваниям. Жаворонками были Наполеон, Толстой и Петр I. Совами – Бальзак и Бетховен.

    Эта классификация восходит к французской  школе невропатологов. 
Но возможны и другие классификации – немецкий врач Ламперт разделил людей на две группы:

    1. – в одну объединил людей  с медленной и слабой реакцией, рассудительных, отчасти инертных. Они не спешат делать выводы и стараются их хорошо обосновать. Они склонны к математике, логике, обобщениям. Это педанты и люди долга. Они предпочитают работать по ночам. Во время болезни температура у них повышается постепенно, выздоравливают они медленнее. Таковы Цезарь, Карл XII, Кант, Шопенгауэр.