Chronobiologie - Chronobiology

Přehled, včetně některých fyziologický lidské parametry cirkadiánní rytmus („biologické hodiny“).

Chronobiologie je obor biologie který zkoumá načasování procesů, včetně periodických (cyklických) jevů v živých organismech, jako je například jejich adaptace na sluneční - a měsíční související rytmy.[1] Tyto cykly jsou známé jako biologické rytmy. Chronobiologie pochází ze starořečtiny χρόνος (chrónos, což znamená "čas") a biologie, který se týká studia nebo vědy o život. Související pojmy chronomika a chronom byly v některých případech použity k popisu buď molekulární mechanismy zapojené do chronobiologických jevů nebo více kvantitativních aspektů chronobiologie, zejména tam, kde je vyžadováno srovnání cyklů mezi organismy.

Chronobiologické studie zahrnují, ale nejsou omezeny na srovnávací anatomie, fyziologie, genetika, molekulární biologie a chování organismů souvisejících s jejich biologické rytmy.[1] Mezi další aspekty patří epigenetika, vývoj, reprodukce, ekologie a evoluce.

Předmět

Chronobiologie studuje variace načasování a trvání biologické aktivity v živých organismech, které se vyskytují u mnoha základních biologických procesů. Ty se vyskytují (a) u zvířat (jedení, spaní, páření, hibernace, migrace, buněčná regenerace atd.), B) u rostlin (pohyby listů, fotosyntetický reakce atd.) a v mikrobiálních organismech, jako jsou houby a prvoky. Byly dokonce nalezeny v bakterie, zejména mezi sinice (aka modrozelené řasy, viz bakteriální cirkadiánní rytmy ). Nejlépe studovaným rytmem v chronobiologii je cirkadiánní rytmus, zhruba 24hodinový cyklus, který ukazují fyziologické procesy ve všech těchto organismech. Termín cirkadiánní pochází z latinský cca, což znamená „kolem“ a umírá„den“, což znamená „přibližně den“. Je regulován cirkadiánní hodiny.

Cirkadiánní rytmus lze dále rozdělit na rutinní cykly během 24hodinového dne:[2]

  • Denní, který popisuje organismy aktivní během dne
  • Noční, který popisuje organismy aktivní v noci
  • Soumračný, který popisuje zvířata primárně aktivní během úsvitu a soumraku (např. jelenec běloocasý, někteří netopýři)

Zatímco cirkadiánní rytmy jsou definovány jako regulované endogenní procesy, jiné biologické cykly mohou být regulovány exogenními signály. V některých případech mohou multitrofické systémy vykazovat rytmy řízené cirkadiánními hodinami jednoho z členů (které mohou být také ovlivňovány nebo resetovány vnějšími faktory). Endogenní rostlinné cykly mohou regulovat aktivitu bakterie řízením dostupnosti rostlinného fotosyntátu.

Studuje se také mnoho dalších důležitých cyklů, včetně:

V každém cyklu se časové období, během kterého je proces aktivnější, nazývá akrofáze.[3] Když je proces méně aktivní, cyklus je ve svém bathyphase nebo koryto fáze. Konkrétním okamžikem nejvyšší aktivity je vrchol nebo maximum; nejnižší bod je nadir.

Dějiny

Cirkadiánní cyklus byl poprvé pozorován v 18. století v pohybu listů rostlin francouzským vědcem Jean-Jacques d'Ortous de Mairan.[4] V roce 1751 švédština botanik a přírodovědec Carl Linné (Carl von Linné) navrhl a květinové hodiny pomocí určitých druhů kvetoucí rostliny. Uspořádáním vybraných druhů do kruhového vzoru navrhl hodiny, které ukazovaly denní dobu květinami, které byly otevřené v každou danou hodinu. Například mezi členy sedmikráska rodina, použil jestřábův vous rostlina, která otevřela své květiny v 6:30 a jestřáb který otevřel své květiny až v 7 hodin ráno.[5]

Sympozium 1960 v Cold Spring Harbor Laboratory položil základy pro oblast chronobiologie.[6]

Bylo to také v roce 1960 Patricia DeCoursey vynalezl křivka fázové odezvy, jeden z hlavních nástrojů používaných v této oblasti od roku.

Franz Halberg z University of Minnesota, který vytvořil slovo cirkadiánní, je obecně považován za „otce americké chronobiologie“. Ale bylo Colin Pittendrigh a ne Halberg, který byl zvolen do čela Společnost pro výzkum biologických rytmů v 70. letech. Halberg chtěl větší důraz na lidské a lékařské problémy, zatímco Pittendrigh měl své pozadí více v evoluci a ekologii. S Pittendrighem jako vůdcem provedli členové Společnosti základní výzkum všech druhů organismů, rostlin i zvířat. V poslední době bylo obtížné získat financování takového výzkumu na jakýchkoli jiných organismech než myších, potkanech a lidech[7][8] a ovocné mušky.

Nedávný vývoj

Poslední dobou, světelná terapie a melatonin správy byly prozkoumány Alfred J. Lewy (OHSU ), Josephine Arendt (University of Surrey, UK) a další vědci jako prostředek k obnovení cirkadiánních rytmů zvířat a lidí. Přítomnost nízkoúrovňového světla v noci navíc urychluje cirkadiánní opětovné strhávání křečků všech věkových skupin o 50%; předpokládá se, že to souvisí se simulací měsíčního světla.[9]

Lidé mohou mít sklon být ranními nebo večerními lidmi; tyto behaviorální preference se nazývají chronotypy pro které existují různé hodnotící dotazníky a korelace biologických markerů.[10]

Ve druhé polovině 20. století významně přispěli a formalizovali Evropané, jako např Jürgen Aschoff a Colin Pittendrigh, kteří sledovali odlišné, ale doplňující se názory na fenomén strhávání cirkadiánního systému světlem (parametrický, spojitý, tonický, postupný vs. neparametrický, diskrétní, fázický, okamžitý, resp.[11]).

K dispozici jsou také biologicky přijatelné hodiny, které se neomezují pouze na suprachiasmatické jádro. Umístění těchto hodin bylo sporné. Práce s myší však Fuller et al. dospěl k závěru, že se zdá, že hodiny unášené potravinami jsou v dorsomediálu hypotalamus. Během omezeného krmení převezme kontrolu nad takovými funkcemi, jako je načasování aktivity, čímž se zvýší šance zvířete na úspěšné vyhledání zdrojů potravy.[12]

V roce 2018 studie zveřejněná v PLoS ONE ukázala, jak 73 psychometrických indikátorů měřených na Twitteru obsah sleduje denní vzorec.[13]

Další pole

Chronobiologie je interdisciplinární obor vyšetřování. Interaguje s lékařskými a dalšími oblastmi výzkumu, jako je lék na spánek, endokrinologie, geriatrie, sportovní medicína, vesmírná medicína a fotoperiodismus.[14][15][16]

Viz také

Reference

  1. ^ A b Patricia J. DeCoursey; Jay C. Dunlap; Jennifer J. Loros (2003). Chronobiologie. Sinauer Associates Inc. ISBN  978-0-87893-149-1.
  2. ^ Nelson RJ. 2005. Úvod do behaviorální endokrinologie. Sinauer Associates, Inc .: Massachusetts. Pg587.
  3. ^ Refinetti, Roberto (2006). Cirkadiánní fyziologie. CRC Press / Taylor & Francis Group. ISBN  0-8493-2233-2. Shrnutí ležel
  4. ^ pro popis cirkadiánních rytmů v rostlinách de Mairan, Linnaeus a Darwin viz [1] Archivováno 2005-12-25 na Wayback Machine
  5. ^ „Archivovaná kopie“ (PDF). Archivovány od originál (PDF) dne 12. 12. 2013. Citováno 2013-12-12.CS1 maint: archivovaná kopie jako titul (odkaz)
  6. ^ Leon Kreitzman; Russell G. Foster (2004). Rytmy života: biologické hodiny, které řídí každodenní život každého živého tvora. New Haven, Conn: Yale University Press. ISBN  0-300-10969-5.
  7. ^ Zivkovic, Bora (03.07.06). „ClockTutorial # 2a, čtyřicet pět let empirických zobecnění Pittendrighta“. Blog nepřetržitě. ScienceBlogy. Citováno 2007-12-23.
  8. ^ Zivkovic, Bora (2006-05-17). „Hodiny v bakteriích V“. Blog nepřetržitě. ScienceBlogy. Citováno 2007-12-23.
  9. ^ Frank, D. W .; Evans, J. A .; Gorman, M. R. (2010). „Časově závislé účinky tlumeného světla v noci na opětovné strhávání a maskování rytmů činnosti křečka“. Journal of Biological Rhythms. 25 (2): 103–112. doi:10.1177/0748730409360890. PMID  20348461. S2CID  41985077.
  10. ^ Breus, PHD, Michael (2016). Síla kdy. Little Brown and Company. ISBN  978-0-316-39126-9.
  11. ^ vidět tento historický článek, je vyžadováno předplatné
  12. ^ Fuller, Patrick M .; Jun Lu; Clifford B. Saper (2008-05-23). „Diferenciální záchrana cirkadiánních rytmů, které jsou schopné přenášet světlo a jídlo“. Věda. 320 (5879): 1074–1077. Bibcode:2008Sci ... 320.1074F. doi:10.1126 / science.1153277. PMC  3489954. PMID  18497298.
  13. ^ Dzogang, Fabon; Stafford Lightman; Nello Cristianini (2018-06-20). „Denní variace psychometrických ukazatelů v obsahu Twitter“. PLOS ONE. 13 (6): e0197002. Bibcode:2018PLoSO..1397002D. doi:10.1371 / journal.pone.0197002. PMC  6010242. PMID  29924814.
  14. ^ Postolache, Teodor T. (2005). Sportovní chronobiologie, problém klinik ve sportovní medicíně. Saunders. ISBN  978-1-4160-2769-0.
  15. ^ Ernest Lawrence Rossi, David Lloyd (1992). Ultradiánské rytmy v životních procesech: vyšetřování základních principů chronobiologie a psychobiologie. Springer-Verlag Berlin a Heidelberg GmbH & Co. K. ISBN  978-3-540-19746-1.
  16. ^ Hayes, D.K. (1990). Chronobiologie: její role v klinické medicíně, obecné biologii a zemědělství. John Wiley & Sons. ISBN  978-0-471-56802-5.

Další čtení

externí odkazy