Временная структура биосистем и биологическое время
Аннотация
На основе новейших экспериментальных данных рассматриваются вопросы природы и свойств биологического времени, сенсоров времени и временной структуры организма, свойств и функций генераторов эндогенного времени разного структурного уровня. Особое внимание уделено клеточно-молекулярным, тканевым и системным генераторам, а также системам их синхронизации. Анализируется проблема гомеостатической регуляции эндогенного времени, а также бессознательной и сознательной регуляции субъективного времени. Книга предназначается научным сотрудникам, преподавателям вузов и студентам, специализирующимся в области биологии и медицины.
Введение | 7 | |
Глава 1. Биологическое время | 9 | |
1.1. Феномен жизни | 9 | |
1.2. Информация и биологическое время | 17 | |
1.2.1. Информация как сигнал/сообщение | 17 | |
1.2.2. Информация как негэнтропия | 19 | |
1.2.3. Метаболизм как источник информации и времени | 20 | |
1.2.4. Время как фактор генеза информации, определяющий реакцию биосистемы | 23 | |
1.3. Природа и свойства биологического времени | 26 | |
Глава 2. Временная структура организма. Временные процессы | 30 | |
2.1. Характеристика временной структуры организма | 30 | |
2.2. Типы временных процессов | 31 | |
2.2.1. Асимметричные временные процессы | 32 | |
А. Направленное время | 32 | |
Б. Монофазные процессы и тенденции | 37 | |
2.2.2. Симметричные временные процессы | 38 | |
А. Циклы | 38 | |
Б. Ритмы | 39 | |
Глава 3. Временная структура организма. Клеточные генераторы временных процессов | 43 | |
3.1. Мембранные генераторы временных процессов | 44 | |
3.2. Циркадианные осцилляторы | 48 | |
3.2.1. Циркадианные осцилляторы, возникшие у прокариот | 48 | |
3.2.2. Циркадианный осциллятор белков часовых генов эукариот | 52 | |
А. Характеристика clock-осциллятора | 52 | |
Б. Функции белков часовых генов | 58 | |
- Регуляция метаболизма | 59 | |
- Контроль функций физиологических систем | 61 | |
- Регуляция временных процессов разных типов | 62 | |
Глава 4. Тканевые водители ритма. Таймеры физиологических систем | 65 | |
4.1. Ретино-гипоталамо-гипофизарная система и эпифиз в формировании циркадианных и цирканнуальных ритмов | 65 | |
4.1.1. Сетчатка глаза | 66 | |
4.1.2. Супрахиазматическое ядро гипоталамуса | 67 | |
4.1.3.Эпифиз | 76 | |
4.1.4. Гипофиз | 79 | |
4.2. Печень как метаболический пейсмекер | 82 | |
Глава 5. Системы синхронизации генераторов временных процессов | 92 | |
5.1. Фото-чувствительная система синхронизации | 92 | |
5.2. Нутриент-чувствительная система | 93 | |
5.3. Термо-чувствительная система | 98 | |
5.4. Гормональная система синхронизации | 100 | |
5.5. Временной профиль синхронизации как интегратор хронотопа. Функции времени. | 105 | |
Глава 6. Саморегуляция эндогенного времени | 109 | |
6.1. Эндогенное время как гомеостатическая константа | 109 | |
6.2. Механизмы гомеостатической регуляции эндогенного времени | 111 | |
6.3. Саморегуляция субъективного времени | 112 | |
6.3.1. Факторы, влияющие на субъективное время | 113 | |
6.3.2. Возможности сознательной и бессознательной регуляции субъективного времени | 115 | |
6.4. Механизмы отсчета и коррекции эндогенного времени | 118 | |
6.4.1. Механизмы отсчета в нервной системе | 118 | |
6.4.2. Механизмы отсчета в гормональной системе | 120 | |
Заключение | 127 | |
Список литературы | 129 | |
Список сокращений | 169 |
Природа Времени – одна из глобальных проблем, к решению которых наука неоднократно возвращалась на протяжении всей истории ее существования. Эволюция представлений о Времени от античности до XX-го века глубоко проанализирована в классическом труде Дж. Уитроу «Естественная философия времени» (1964), в монографиях М. И. Элькина (1985), П. П. Гайденко (2006) и других авторов. Начиная с ХХ века философские аспекты этой проблемы неизменно связаны с естественнонаучными подходами к ее решению (Шредингер, 2002; Чижевский, 1973; Уинфри, 1986; Козырев, 1963, 1985, 1991; Пригожин, 2002; и др.). В работах выдающихся отечественных исследователей находим идеи, давшие начало целым направлениям в науке о времени. Так, И. М. Сеченов положил начало исследованиям по влиянию двигательной активности на субъективное время человека. И.П. Павлов, впервые описавший рефлекс на время, фактически заявил о способности мозга к запоминанию временных интервалов. Н. П. Пэрна (1925), сотрудник кафедры физиологии Петро- градского университета, впервые описал ритмы ряда физиологических процессов человека. Д. И. Менделеев, описавший движение цветка вслед за изменением положения солнца, определенно продемонстри- ровал наличие околосуточного (циркадианного) ритма движений растений, гормональный механизм которого был описан позже (В. Н. Полевой, 1982). В работах А. А. Ухтомского прослеживается мысль о важности временного фактора в работе нервной системы и в, частности, в формировании доминанты (Ухтомский, 1966; Соколова, 2000). Один из гениев русского Ренессанса начала ХХ века, В. И. Вернадский, не только ввел рубрикацию специфического для разных систем времени (геологического, исторического, биологического, социального), но и обосновал представление о биологическом времени как основном и первичном, придав ему «космический статус» по причине способности биосистем к движению и размножению (Вернадский, 1989). Эту же особенность живых организмов подчеркивал Э. Шредингер (2002).
Наряду с мультидисциплинарными подходами к решению проблемы природы Времени (Аксенов, 2000; Вакуленко и др., 2008; Казарян, 2009; Коганов, 2009; Козырев, 1989; Коротаев, Киктенко, 2012; Лебедев, 2004; Левич, 2000, 2002, 2013; Хасанов, 2011; Чураков, 2012; Шихобалов, 2008, и др.), огромный объем исследований, начиная со второй половины ХХ века, посвящен природе биологического времени (Aschoff, 1960; Уинфри, 1990; Питтендрих, 1984; Алпатов, 2000; Романов, 2000; Оловников, 1973, 2009; Скулачев, 1995; Загускин, 2004, 2007, и др.). Достижения физики, химии, математики и биологии предопределили разработку разнообразных новых методов исследования, позволивших открыть белки часовых генов (clock-genes proteins), формирующие механизм околосуточных ритмов для многих функций организма. Важность активности clock-белков и clock-осциллятора для здоровья и адаптации человека к пространственно-временному континууму окружающей среды обусловили соответствующую тематическую направленность большинства работ современных отечественных и зарубежных исследователей. В отечественной биологии и медицине «штурм» клеточно-молекулярных механизмов биологического времени привел к выдающимся открытиям: созданию теломерно-редусомной теории контроля продолжительности жизни (Оловников, 1973, 2009) и представления о роли митохондрий в процессах старения (Скулачев, 1995), а также к развитию геронтологических аспектов роли гормонов эпифиза и тимуса (Анисимов, 2010; Хавинсон и др, 2011; Кветной и др., 2011). В работах зарубежных исследователей выявлены функции отдельных clock-белков, условия формирования clock-осциллятора и ритмов с разными темпоральными параметрами (см. Golombek et al., 2014), а также развиты представления о системах синхронизации clock-осцилляторов разных структурных уровней организма. Растущее понимание специфики клеточных, тканевых, органных и системных генераторов временных процессов определяют начинающийся возврат зарубежных авторов к «системному мышлению» в аспекте проблемы Времени (Blum et al., 2012; Mohawk et al., 2012). Заметим, что у отечественных исследователей системный подход в изучении этой проблемы всегда оставался в поле внимания (Черниговский, 1985; Баранникова и др., 2003; Кулаев, 2006; Январева и др., 2005; Журавлев, Сафонова, 2012, и др.). Наряду с очевидными успехами в изучении чувствительных к «ходу времени» (термин Н.А. Козырева) биологических объектов, остаются мало разработанными вопросы о временной структуре живых организмов, взаимосвязи клеточно-молекулярных и системных таймеров, сенсорах Времени и пока открыт вопрос о природе Времени. По мнению автора, обширный круг исследований биосистем, выполненных к настоящему времени в мире, позволяет предложить определенные решения по перечисленным вопросам.
- Скачать книгу: Download
- Размер: 2.00 MB