Реферати » Реферати з біології » Біоритми людини

Біоритми людини

вправу досі залишалося безплідним. До того ж вважається простим збігом те обставина, що стрибок фази точно дорівнює періоду ритму, а також те, що випереджальна гілка кривої, вгорі у самого розриву, має в точності той же нахил, що й запізніла гілку, внизу біля самого розриву.

21

Якщо цей стрибок фази, що не містить жодної експериментальної точки, виявляється артефактом, то його альтернатива - безперервна крива - призводить до ще більш дивним слідству.
Сингулярності БІОЛОГІЧНИХ ГОДИН

Для плавного підстроювання фази характерна КПФ, однозначна про будь-яких значеннях старої фази: на поверхні тора ця крива завжди має вигляд замкнутого кільця. У деяких організмів вона робить петлю, проходячи через отвір тора один раз (непарна підстроювання), в інших вона взагалі не робить витків (парна підстроювання). Чи може це бути підставою для класифікації механізмів годин або механізмів дії стимулів?

Але, з іншого боку, кожен організм повинен підлаштовувати фазу по непарному типу, по украй мірі при дуже слабких, дуже коротко тимчасових стимулах. У цьому випадку нова фаза = стара фаза (діагональна КПФ - прототип будь непарної підстроювання). Навряд чи треба доводити, що цей висновок з уявного експерименту прекрасно підтверджує на ділі для будь-якого організму. Чи справедливо зворотне твердження: чи можна організувати з початково непарних типом реакції змусити підлаштовуватися по парним типу, посиливши стимул? Збільшивши час дії світла на комара з 7,5 хвилини до 2 годин, ми отримаємо криву, яка змінює свою топологію з непарної на парну. Шестиразове зусилля стимулу викликає разючу зміну, однак ефект можна отримати і меншим зміною, переходячи від найтривалішого стимулу, який все ж ще викликає непарну підстроювання, до найближчого, більш тривалого - найкоротшому, здатному викликати парну реакцію.

Так одним ударом ми спростували гіпотезу про те, що топологічно різні типи підстроювання обумовлені відмінностями в механізмі годин або в характері впливу. Виявилося, що різноманітність типів підстроювання свідчать не про різноманіття механізмів, як могло здатися, але, навпаки, доводить універсальність, стереотипність поведінки! Але тоді перед нами нова загадка. Якщо підлаштовувати будь ціркадіанние годинник, починаючи з будь старої фази, то залежність нової фази від величини стимулу буде плавною. Однак неможливість плавно перейти від непарного до четному типом підстроювання, від закрученого кільця до незакрученному. Як можна зігнути, деформувати кільце, навивати на тор і проникаюче крізь його отвір, щоб це кільце вляглося на одній стороні тора? Без ножиць ніяк цього не зробити. Те ж в природі. Наприклад у випадку з комаром, якщо величена стимулу перевищує якийсь критичний поріг, то КПФ різко змінює форму: перш вона проходить через всі значення нової фази, а тепер уникає цілий ряд значень. Стало бути, існує якась «вразлива» стара фаза, в якій при переході стимулів критичного порога нова фаза здійснює стрибок.

Під стрибком мається на увазі різке, стрибкоподібне зміна, розрив.
Насправді це перебільшення: за винятком подій в молекулярної фізики та квантової механіки, всяка зміна відбувається безперервно, навіть якщо його безперервність проявляється в дуже стислому масштабі часу.
Справжній розрив - кінцевий результат нескінченно малого зміни - не тільки рідкісний, але і принципово неспостережний: ніколи не можна з упевненістю стверджувати, що причина, справді, була менше будь на перед заданої кінцевої величини. Тим часом у відношення підстроювання фази висновок однозначний: нова фаза повинна змінюватися на кінцеву величину при нескінченно малому зміни старої - це справжній розрив. Звідки така впевненість? Та просто справа в тому, що тут не потрібні точні вимірювання: це топологічна проблема. Кільце, навитими на тор, треба переробити так, щоб воно лежало на одній стороні тора. Це не можна робити безперервно. При критичне величиною стимулу кільце доведеться в якомусь місці розрізати, розігнути, вийняти з отвору тора і знову возз'єднати. Чистий топологія без допомоги експерименту не може передбачити, що слід очікувати поблизу такої точки сингулярності (особливої ??точки), - вона може лише вказати напрямок пошуку: там має станеться щось особливе, виняткове з точки зору фізіології, щось більше, ніж просто

22 підстроювання старого ритму. В експериментах двадцяти річної давності на це унікальне «щось» не було і натяку. Лише тепер ретельно спланувавши експерименти, в яких чітко реєструються зміщення фази, плавно залежні від зовнішніх умов, доводять існування чогось незвичайного, ніколи раніше не баченого. Дивовижна річ: топологія дає пораду, як виявити точку сингулярності шляхом лабораторного досвіду. Ця «схема пастки сингулярності» дозволила здійснити перші експерименти з метою виявлення сингулярності біологічних годин.

На сьогодні переважна більшість математичних моделей біологічних годин залишаються неперевіреними або непроверяемимі. На щастя, в багатьох питаннях без них можна спокійно обійтися: основні біологічні властивості живих годин неважко отримати шляхом логічних міркувань про підстроюванні фази. Більш того, ці міркування можна підкріпити простими і наочним фаз у вигляді кольорових діаграм. Такі діаграми дозволяють побачити безпосередньо, побачити вражаючі слідства, які з відкриття підстроювання парного типу, не вдаючись до головоломним топологічним доказам.

Почнемо з найпростішого - з крайніх, ідеалізованих випадків непарної і парної підстроювання. Нехай при непарній нова фаза дорівнює старої, а при непарній нова фаза залишається незмінною незалежно від старої. Для зручності приймемо саме цю фазу за нульову. Тоді при нульовій старої фазі будь-який стимул - і досить сильний, і пренебрежимо слабкий - залишить нову фазу теж нульовий. Припустимо, що вона залишиться нульовою і при всіх проміжних величинах стимулу.

Що можна сказати про стимули якоїсь проміжної величини, що діють при інших значеннях старої фази? Мабуть, розумно припускати, що малі зміни величини стимулу і часу його впливу приведуть до настільки ж малим змінам нової фази. Без цього постулату безперервності взагалі нічого сказати не можна: оскільки стимул неможливо повторити з абсолютною точністю, жоден отриманий результат нічого не дає для пророкування результату нового експерименту.

При постійності впливу будь-якого стимулу і величини старої фази в деякій точці, при певному поєднання величини стимулу і значення старої фази, виходить невизначеність, хоча довколишні точки навколо неї представляють усе розмаїття кольорів веселки. Ця дивна точка - точка сингулярності.

Цю точку можна порівняти з тим як тимчасові зони зливаються в географічний плюс - точку, що лежить поза часом, а ізохрони припливів на карті Світового океану зливаються в амфідромние точки. Підстроювання біологічних годин означає переміщення їх в іншу тимчасову зону. Тут, як у випадку з ізохронними припливів, складається замкнутий шлях, уздовж якого кожна тимчасова зона (фаза) зустрічається тільки одного разу, в суворій послідовності. Значить, всередині цього контуру неодмінно повинна існувати точка в невизначеній зоні.

У топології є теорема про цю непереборний, неминучої невизначеності фази, так звана теорема про нестягіваемості. У ній розглядається спроба стягнути всі крапки різноманіття до його кордонів так, що б вони взяли забарвлення найближчих прикордонних точок, при цьому, однак, не порушуючи зв'язності безлічі (не роблячи в ньому розривів і не викладаючи окремих точок), коли сусідні кольори плавно переходять один в одного. У теоремі доводиться, що це не можливо: хоча б одна точка повинна залишатися невизначеною.

Стало бути, повинно існувати унікальне поєднання величини стимулу і часу впливу, після якого не відбудеться закономірною підстроювання фази. Що ж статися? Змінитися вид ритму? Настане аритмія? Повна нерухомість? Відповідь на це питання може дати тільки експеримент.

Що ж являють собою дані Біорітмологіческій експерименту? Це не самі значення фаз, а часи подій, за якими нам належить обчислити фази. Як на ділі вимірюється стара

23 фаза? Це частка циклу, що пройшла з його початку (зазвичай за початок циклу приймають якесь спостережуване дискретне подія начебто моменту пробудження) до впливу стимулу. Тривалість циклу дорівнює власним бажанням періоду біологічного ритму, скажімо, 24 годинах або близько того. Щоб виміряти нову фазу, відзначають час з моменту докладання стимулу. Нова фаза - частка періоду, Минулий від регістра наступного події від моменту, що наступив через 1 період після стимулу. Практично зазвичай нову фазу вимірюють через один період після стимулу (коли організм, бути може, ще не оговтався після обурення, викликаного стимулом), а через декількох періодів, коли коливання повернутися до норми, «устаканяться» .
Крім того, з міркувань зручності інтерпретації нову фазу прийнято вимірювати через кілька періодів після закінчення, а не початку стимулу - втім, це не позначається на результатах. Ясно, що для коротко тимчасових стимулів як «вплив протягом одного повного циклу після включення фактора» (навіть якщо протягом більшої частини цього проміжку фактор насправді був включений).

Якщо у нас є вибір годин і набір стимулів, то результат кожного впливу можна уявити окремо уздовж осі старих фаз. У цьому випадку графік буде мати вигляд двовимірної решітки, повторюваний періодично в обох напрямках. По горизонталі період відображає ритмічність ціркадіанних годин до впливу стимулів: неважливо, чи діє стимул зараз або через рівно один цикл, коли

Сторінки: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

енциклопедія  з сиру  аджапсандалі  ананаси  узвар