Биологическое время. Время биологическое и время субъективное: сравнительные характеристики

Давно замечено, что все живое на Земле подчиняется определенным ритмам, которые задаются глобальными процессами. Это суточное вращение планеты вокруг оси и движение ее по околосолнечной орбите. Живые организмы каким-то образом чувствуют время, и их поведение подчинено его течению. Это проявляется в чередовании периодов активности и сна у животных, в открывании и закрывании цветков у растений. Перелетные птицы каждую весну возвращаются к местам гнездования, выводят птенцов и мигрируют в теплые края на зимовку.

Что такое биологические часы?

Ритмичность протекания всех жизненных процессов - свойство, присущее всем обитателям нашей планеты. Например, морские одноклеточные жгутиконосцы светятся ночью. Неизвестно, зачем они это делают. Но днем они не светятся. Это свойство жгутиконосцы получили в процессе эволюции.

Каждый живой организм на Земле - и растения, и животные - имеют внутренние часы. Они определяют периодичность жизнедеятельности, привязанную к продолжительности земных суток. Эти биологические часы приспосабливают свой ход к периодичности смены дня и ночи, они не зависят от изменения температуры. Кроме суточных циклов, существуют сезонные (годичные) и лунные периоды.

Биологические часы - в какой-то мере условное понятие, подразумевающее свойство живых организмов ориентироваться во времени. Это свойство присуще им на генетическом уровне и передается по наследству.

Изучение механизма биологических часов

Долгое время ритмичность жизненных процессов живых организмов объяснялась ритмичностью изменения условий среды обитания: освещенность, влажность, температура, атмосферное давление и даже интенсивность космического излучения. Однако простые опыты показали, что биологические часы работают независимо от изменений внешних условий.

Сегодня известно, что они есть в каждой клетке. В сложных организмах часы образуют сложную иерархическую систему. Это нужно для функционирования как единого целого. Если какие-либо органы и ткани по времени не согласованы, возникают различного вида болезни. Внутренние часы эндогенны, то есть имеют внутреннюю природу и подстраиваются сигналами извне. Что еще нам известно?

Биологические часы передаются по наследству. В последние годы найдены доказательства этого факта. В клетках есть гены часов. Они подвержены мутациям и естественному отбору. Это нужно для согласования процессов жизнедеятельности с суточным вращением Земли. Поскольку в разных широтах соотношения продолжительности дня и ночи в течение года неодинаковы, часы нужны еще и для приспособления к смене сезонов. Они должны учитывать, прибавляет или убывает день и ночь. По-другому нельзя различить весну и осень.

Изучая биологические часы растений, ученые выяснили механизм приспособления их к изменениям продолжительности дня. Это происходит при участии особых фитохромных регуляторов. Как работает этот механизм? Фермент фитохром существует в двух формах, которые превращаются из одной в другую в зависимости от времени суток. Получаются часы, регулируемые внешними сигналами. Все процессы в растениях - рост, цветение - зависят от концентрации фермента фитохрома.

До конца механизм внутриклеточных часов еще не изучен, однако пройдена большая часть пути.

Циркадные ритмы в организме человека

Периодические изменения интенсивности биологических процессов связаны с чередованием дня и ночи. Эти ритмы называют циркадными, или циркадианными. Их периодичность - около 24 часов. Хотя циркадные ритмы связаны с процессами, происходящими вне организма, они имеют эндогенное происхождение.

У человека нет органов и физиологических функций, которые не подчинялись бы суточным циклам. Сегодня их известно более 300.

Биологические часы человека регулируют в соответствии с суточными ритмами такие процессы:

Частота сердечных сокращений и дыхания;

Потребление организмом кислорода;

Перистальтика кишечника;

Интенсивность работы желез;

Чередование сна и отдыха.

Это только основные проявления.

Ритмичность физиологических функций происходит на всех уровнях - от изменений внутри клетки до реакций на уровне организма. Эксперименты последних лет показали, что в основе циркадных ритмов - эндогенные, самоподдерживающиеся процессы. Биологические часы человека настроены на периодичность колебаний в 24 часа. Они связаны с изменениями в окружающей среде. Ход биологических часов синхронизируется с некоторыми из этих изменений. Наиболее характерные из них - чередование дня и ночи и суточные колебания температуры.

Считается, что у высших организмов главные часы расположены в головном мозге в супрахиазменном ядре таламуса. К нему ведут нервные волокна от зрительного нерва, а с кровью приносится среди прочих гормон мелатонин, вырабатываемый эпифизом. Это орган, который когда-то был третьим глазом у древних рептилий и сохранил функции регуляции циркадных ритмов.

Биологические часы органов

Все физиологические процессы в организме человека протекают с определенной цикличностью. Меняются температура, давление, концентрация сахара в крови.

Органы человека подчинены суточному ритму. За 24 часа их функции переживают поочередно периоды подъема и спада. То есть всегда, в одно и то же время, в течение 2 часов орган работает особенно эффективно, после чего переходит в фазу релаксации. В это время орган отдыхает и восстанавливается. Эта фаза длится также 2 часа.

Например, фаза подъема активности желудка приходится на период с 7 до 9 часов, за ней, с 9 до 11, следует спад. Селезенка и поджелудочная железа активны с 9 до 11, а с 11 до 13 отдыхают. У сердца эти периоды приходятся на 11-13 часов и 13-15. У мочевого пузыря фаза активности - с 15 до 17, покой и отдых - с 17 до 19.

Биологические часы органов - один из тех механизмов, который позволил обитателям Земли за миллионы лет эволюции приспособиться к суточному ритму. Но созданная человеком цивилизация неуклонно разрушает этот ритм. Как показывают исследования, разбалансировать биологические часы организма просто. Достаточно лишь кардинальным образом изменить режим питания. Например, начать обедать среди ночи. Поэтому жесткий режим питания - основополагающий принцип. Особенно важно соблюдать его с раннего детства, когда «заводятся» биологические часы организма человека. От этого напрямую зависит продолжительность жизни.

Хроногеронтология

Это новая, совсем недавно возникшая научная дисциплина, которая изучает возрастные изменения биологических ритмов, возникающие в организме человека. Хроногеронтология возникла на стыке двух наук - хронобиологии и геронтологии.

Один из предметов исследований - механизм функционирования так называемых «больших биологических часов». Этот термин впервые ввел в обращение выдающийся ученый В. М. Дильман.

«Большие биологические часы» - достаточно условное понятие. Это, скорее, модель процессов старения, протекающих в организме. Она дает понимание взаимосвязи образа жизни человека, его пищевых пристрастий с действительным биологическим возрастом. Эти часы ведут отсчет продолжительности жизни. Они фиксируют накопление изменений в организме человека от момента рождения и до смерти.

Ход больших биологических часов неравномерен. Они то спешат, то отстают. На их ход оказывают влияние многие факторы. Они то укорачивают, то удлиняют жизнь.

Принцип функционирования больших биологических часов заключается в том, что они измеряют не отрезки времени. Они измеряют ритм процессов, а точнее - потерю его с возрастом.

Исследования в этом направлении могут помочь в решении главного вопроса медицины - устранение болезней старения, которые на сегодняшний день являются основной преградой в достижении видового лимита жизни человека. Сейчас этот показатель оценивается в 120 лет.

Сон

Внутренние ритмы организма регулируют все процессы жизнедеятельности. Время засыпания и пробуждения, продолжительность сна - за все отвечает «третий глаз» - таламус. Доказано, что этот участок мозга ответственен за выработку мелатонина - гормона, регулирующего биоритмы человека. Его уровень подчиняется суточным ритмам и регулируется освещением сетчатки глаза. С изменением интенсивности светового потока уровень мелатонина возрастает или уменьшается.

Механизм сна очень тонкий и ранимый. Нарушение чередования сна и бодрствования, которое в человеке заложено природой, наносит серьезный вред здоровью. Так, постоянная посменная работа, предполагающая трудовую деятельность ночью, связана с более высокой вероятностью возникновения таких заболеваний, как сахарный диабет 2-го типа, сердечные приступы и рак.

Во сне человек полностью расслабляется. Все органы отдыхают, только мозг продолжает трудиться, систематизируя полученную за день информацию.

Сокращение продолжительности сна

Цивилизация вносит свои коррективы в жизнь. Исследуя биологические часы сна, ученые обнаружили, что современный человек спит на 1,5 часа меньше, чем люди в 19 веке. Чем же опасно сокращение времени ночного отдыха?

Нарушение естественного ритма чередования сна и бодрствования ведет к сбоям и нарушениям в работе жизненно важных систем организма человека: иммунной, сердечно-сосудистой, эндокринной. Недостаток сна приводит к излишней массе тела, влияет на зрение. Человек начинает чувствовать дискомфорт в глазах, нарушается четкость изображения, возникает опасность развития серьезного заболевания - глаукомы.

Недостаток сна провоцирует сбои в работе эндокринной системы человека, увеличивая тем самым риск возникновения тяжелого недуга - сахарного диабета.

Исследователи выявили интересную закономерность: продолжительность жизни больше у людей, которые спят от 6,5 до 7,5 часов. И сокращение, и увеличение времени сна приводит к уменьшению продолжительности жизни.

Биологические часы и здоровье женщины

Этой проблеме посвящены многие исследования. Биологические часы женщины - это способность ее организма к производству потомства. Существует другой термин - фертильность. Речь идет о предельном возрасте, благоприятном для рождения детей.

Несколько десятилетий назад часы показывали отметку в тридцать лет. Считалось, что реализация себя в качестве матерей для представительниц прекрасного пола после этого возраста сопряжена с риском для здоровья женщины и ее будущего ребенка.

Сейчас ситуация изменилась. Существенно - в 2,5 раза - увеличилось число женщин, впервые зачавших ребенка в возрасте от 30 до 39 лет, а тех, кто сделал это после 40, стало больше на 50%.

Тем не менее специалисты считают благоприятным возрастом для материнства 20-24 года. Часто желание получить образование, реализовать себя в профессиональной сфере побеждает. Лишь немногие женщины принимают на себя в этом возрасте ответственность за воспитание малыша. Половая зрелость на 10 лет опережает зрелость эмоциональную. Поэтому большинство специалистов склоняются к мнению, что для современной женщины оптимальный срок для рождения ребенка - это 35 лет. Сегодня их уже не включают в так называемую группу риска.

Биологические часы и медицина

Реакция организма человека на различные воздействия зависит от фазы циркадного ритма. Поэтому биологические ритмы играют большую роль в медицине, особенно при диагностике и лечении многих заболеваний. Так, действие лекарственных препаратов зависит от фазы околосуточного биоритма. Например, при лечении зубов обезболивающий эффект максимально проявляется с 12 до 18 часов.

Изменение чувствительности человеческого организма к лекарственным препаратам изучает хронофармакология. Основываясь на информации о суточных биоритмах, разрабатываются наиболее эффективные схемы приема лекарств.

Например, сугубо индивидуальные колебания значений артериального давления требуют учета этого фактора при приеме лекарств для лечения гипертонической болезни, ишемии. Так, во избежание криза людям из группы риска лекарства следует принимать вечером, когда организм наиболее уязвим.

Кроме того, что биоритмы организма человека оказывают влияние на эффект от приема препаратов, нарушения ритмики могут быть причиной различных заболеваний. Они относятся к так называемым динамическим недугам.

Десинхроноз и его профилактика

Для здоровья человека огромное значение имеет дневная освещенность. Именно солнечный свет обеспечивает естественную синхронизацию биоритмов. Если освещенность недостаточная, как это бывает зимой, происходит сбой. Это может быть причиной многих заболеваний. Развиваются психические (депрессивные состояния) и физические (снижение общего иммунитета, слабость и т. д.). Причина этих расстройств кроется в десинхронозе.

Десинхроноз возникает, когда биологические часы организма человека дают сбой. Причины могут быть разные. Десинхроноз возникает при смене на длительный период часового пояса, в период адаптации при переходе на зимнее (летнее) время, при посменной работе, увлечении алкоголем, беспорядочном питании. Выражается это в расстройстве сна, приступах мигрени, снижении внимания и концентрации. В итоге может возникнуть апатия и депрессия. Людям старшего возраста адаптация дается тяжелее, на это им требуется больше времени.

Для профилактики десинхроноза, коррекции ритмов организма используют вещества, которые могут влиять на фазы биологических ритмов. Их называют хронобиотиками. Они содержатся в лекарственных растениях.

Хорошо поддаются коррекции биологические часы с помощью музыки. Она способствует повышению производительности труда при выполнении монотонной работы. С помощью музыки также лечат нарушения сна и нервно-психические заболевания.

Ритмичность во всем - путь улучшения качества жизни.

Практическое значение биоритмологии

Биологические часы - объект серьезных научных исследований. Заказчики их - многие отрасли хозяйства. Результаты изучения биологических ритмов живых организмов с успехом применяются на практике.

Знание ритмов жизни домашних животных и культурных растений помогает повышать эффективность сельскохозяйственного производства. Используют эти знания охотники и рыбаки.

Суточные колебания в организме физиологических процессов учитывает медицинская наука. Эффективность приема лекарств, хирургических вмешательств, выполнения лечебных процедур и манипуляций напрямую зависит от биологических часов органов и систем.

Достижения биоритмологии давно используются при организации режима труда и отдыха экипажей авиалайнеров. Их работа связана с пересечением нескольких часовых поясов за один рейс. Устранение неблагоприятного влияния этого фактора имеет очень большое значение для сохранения здоровья летного состава авиакомпаний.

Трудно обойтись без достижений биоритмологии в космической медицине, особенно при подготовке длительных полетов. Далеко идущие грандиозные планы по созданию поселений людей на Марсе не обойдутся, по-видимому, без изучения особенностей функционирования биологических часов человека в условиях этой планеты.

Астрология - это знание Времени. Какие бы различия ни существовали между нами, мы все живем во времени: нас зачинают, мы рождаемся, живем и умираем. Для того чтобы понять жизнь, необходимо понять время.

Биологическое время каждого из нас

Что же такое астрология? Пространство трехмерно, а время - это движение сквозь эти измерения. Мы верим в то, что время абсолютно; что где бы ни измерялось время, оно всегда одно и то же, поскольку один дискретный момент сменяет другой с одинаковой скоростью.

Единственный способ измерить время - это пользоваться часами, которые, будучи помещены в любое место пространства, должны совпадать в показаниях друг с другом.

Точность механических часов лишь подчеркивает идею о том, что минута, секунда, час, день, месяц или год - одни и те же для каждого. Но на самом-то деле эти утверждения неверны.

Биологическое время - это взаимосвязь метаболизма и восприятия. Обмен веществ - это скорость, с которой наше тело переваривает пищу и кислород - скорость нашей жизни, - и о ней можно судить по весу, частоте дыхания, усвоению пищи и возрасту; когда она изменяется, изменяется и наше восприятие времени.

Когда наш обмен веществ ускоряется, то увеличивается и скорость, с которой наши глаза и мозг перерабатывают поступающие образы, - это вызывает переоценку длительности отрезка времени и чувство того, что время проходит медленно.

Если нормальная скорость восприятия - шесть образов в секунду, то, когда мы в приподнятом состоянии, мы воспринимаем девять образов в секунду; нам кажется, что каждая секунда на часах длится 1,5 секунды.

Когда наш обмен веществ замедляется, наши глаза и мозг воспринимают меньше образов за то же время, что влечет за собой тенденцию к недооценке длительности и ощущение того, что время пролетает быстро. Если обычно мы воспринимаем шесть образов в секунду, то в уравновешенном состоянии - три образа в секунду и нам кажется, что каждая секунда пролетает за полсекунды. Когда обмен веществ замедляется, чувство времени ускоряется!

Биологическое время и возраст

Для молодости характерен быстрый обмен веществ, для старости - медленный. Время течет медленно для молодого человека и гораздо быстрее для пожилого, поскольку наше чувство времени изменяется с возрастом.

В момент зачатия обмен веществ нашего оплодотворенного яйца происходит на высокой молекулярной скорости, и драматические изменения состояния происходят каждую секунду. После зачатия обмен веществ постепенно замедляется до момента смерти. Смерть от старости наступает тогда, когда процессы в нашем теле замедляются настолько, что останавливаются.

Скорость нашего обмена веществ в целом в течение жизни меняется, а также постоянно искажается кратковременными изменениями как самого обмена веществ, так и восприятия. Стимуляция и успокоение ведут к локальным изменениям в обмене веществ и нашем чувстве времени.

Как меняется биологическое время

• Возбуждение,
• умиротворение,
• смена настроения,
• употребление и переваривание пищи,
• наркотики,
• секс,
• внешнее и внутреннее стимулирование

Все это мгновенно изменяет обмен веществ. Выкуренная сигарета, выпитая чашка кофе или один пролет вверх по лестнице - все это временно увеличивает скорость обмена веществ; мы чувствуем себя моложе.

Алкогольный напиток, транквилизатор или отдых замедляет наш обмен веществ, привнося в наш мир неторопливость, свойственную пожилому возрасту. Временные искажения постоянно моделируют среднюю скорость обмена веществ. С возрастом тело теряет свою способность потреблять и преобразовывать кислород, и мы все сложнее оправляемся после небольших травм. Ранка у ребенка заживает гораздо быстрее подобной же раны у взрослого человека.

Другой фактор, изменяющий перспективу восприятия времени, - это Память. Каждый день мы сравниваем наши восприятия с памятью всех предыдущих дней; все наше прошлое существует в каждый длящийся момент настоящего. Переживания сегодняшнего дня впадают в озеро наших воспоминаний, и с годами этот водоем все увеличивается.

Значение каждого настоящего дня пропорционально полному числу дней, нами уже прожитых.

• Например, первый день нашей жизни - это один к одному, или 100 процентов нашей жизни; опыты это то дня необычайно живы и крайне важны.
• Второй день сравнивается с памятью о первом, составляя, таким образом, 1/2.
• Третий день - это 1/3, затем 1/4, 1/5 и так далее. В год каждый день составляет 1/365 нашей жизни. После десяти лет день - всего лишь 1/3650 целого.

К тридцати годам каждый наш день - всего лишь 1/10.000 нашей жизни! По мере взросления каждый последующий день занимает пропорционально все меньшую и меньшую часть нашей жизни в целом. Математически это уплотнение жизни во времени можно описать в виде логарифмической прогрессии.

По мере того как мы взрослеем, время сжимается, уплотняется и летит быстрее. Один час в старости - вовсе не то, что один час в детстве. Легко вспомнить, как в детстве один час длился вечно, тогда как сейчас недели, месяцы и годы пролетают - и глазом не моргнуть.

Перед тем, как перейти к биологическому времени, сделаем некоторые уточнения. Чем более развита система, тем важнее для нее внутренние механизмы развития. А они опираются на прошлый опыт и на возрас-тающую роль предвидения и проектирова-ния будущего.

Вот почему у высокоорганизованных сис-тем (в отличие от простых) наряду с базо-выми — относительно универсальными вре-менем и пространством — существуют соб-ственные внутренние время и простран-ство.

Собственное время характеризует самые важные процессы, протекающие в биологи-ческом организме.

Биологическое время – это собственное внутреннее время биосистемы, которое ха-рактеризует прежде всего наиболее важные процессы жизнеобеспечения.

Оно обладает ярко выраженной циклично-стью. Биоциклы (в отличие от примитивных циклов физических систем) связаны с ин-формационными процессами, а также с рос-том (или, по крайней мере, с сохранением) негентропии. Физические циклы гораздо менее обусловлены прошлыми взаимодей-ствиями, чем настоящими. А для биоциклов играют важную роль как те, так и другие.

Своеобразной временнoй формой и мерой биологического развития являются биологи-ческие поколения. Их смена – существенная видо-родовая характеристика.

Биологические организмы генетически на-следуют биоциклы, жизненно важные для прошлых поколений. В этих биоциклах запе-чатлен важнейший опыт успешной адапта-ции к окружающей среде. Со временем к ним добавилась и новая характеристика — опережающее отражение. Опираясь на пе-реработку новой непосредственной инфор-мации, организм заранее готовится к наибо-лее вероятному (хотя и не циклическому) событию в будущем.

Итак, и у растений и у животных есть неко-торые биоциклы, связанные с циклами в ок-ружающей природе. На них влияют суточные и сезонные циклические перемены, перио-дические изменения солнечной активности и пр.

Перечисленные природные ритмы воздей-ствуют и на человека. На его биовремя влияют сезонные и суточные циклы. Также влияет земное магнитное поле. Оно «пуль-сирует» с частотой 8-16 колебаний/сек. Это совпадает с a-ритмом биопотенциалов го-ловного мозга.

Сильное воздействие на многие земные процессы оказывает солнечная активность. Она имеет одиннадцатилетнюю циклич-ность. На вторые сутки после мощных вспышек на Солнце почти в 3 раза возрас-тает (при прочих равных условиях) число автоаварий и самоубийств.

Однако, человеку присуще и то, что не свойственно его собратьям по животному царству. Он зависит от циклических процес-сов в социокультурной среде.

Более того, социокультурные ритмы способны оказывать воздействие на окру-жающую природную среду. Антропогенная деятельность нарушает некоторые естест-венные биогеохимические процессы и циклы в биосфере.

Перейдем к циклам, на которых в значи-тельной мере сказываются внутренние для организма причины. Для ребенка в мате-ринской утробе важнейшим биоритмом яв-ляется ритм своего и материнского сердца. Поэтому новорожденный радуется музы-кально-звуковым воздействиям с подобным ритмом. Характерным примером внутренне обусловленной биоритмики является жен-ский менструальный период (примерно 28 суток), полуторачасовая периодичность ноч-ных эрекций как у мужчин, так и у женщин.

Определенные физиологические ритмы характеризуют и функционирование мозга. Современная электроэнцефалограмма не может определить, о чем думает человек. Однако она хорошо показывает степень ум-ственного напряжения. Четко выделяются такие ритмы:

1) d (дельта) — ритм – глубокий сон (самые медленные импульсы);

2) a (альфа) — ритм – спокойное бодрство-вание при закрытых глазах, легкая дремота; при открывании глаз исчезают (выше гово-рилось, что на этот ритм также влияет «пульсация» магнитного поля Земли);

3) q (тета) — ритм – ритм озабоченности;

4) b (бета) — ритм – внимание, напряженная активность, мышление (50-1000 импуль-сов/сек).

Описанным ритмам мозга соответствуют колебания электромагнитных полей, кото-рые в 100 миллионов раз слабее, чем уро-вень магнитного поля Земли.

Как показывают наблюдения, «куль-минационные взлеты» мышления происхо-дят довольно редко, минут 5 за день. Свиде-тельствующие о них веретенообразные зуб-цы на кривых линиях появляются лишь при напряженных размышлениях, острых дис-куссиях, решении трудных задач.

Согласно распространенным представле-ниям, существуют жизненные ритмы, кото-рые имеют общую причину происхождения, но протекают на разных уровнях: 23 дня – физиологический цикл, 28 – эмоциональный, 33 – ментальный (интеллектуальный) . Чем они обусловлены? И с какого момента вести отсчет?

Рассматриваемые биоритмы начинают свои колебания с мощного выброса в крово-ток адреналина и первого вздоха новорож-денного. Словно мать-природа, выпуская ребенка на жизненную орбиту, форсирует в этот ответственный момент важные режимы его жизнедеятельности.

Описанные циклы проявляются в течение всей жизни человека, обусловливая подъе-мы и спады соответствующих форм актив-ности. При совпадении 3-х биоциклических минимумов или критических дней некото-рые японские фирмы освобождают сотруд-ников от работы, требующей повышенной концентрации внимания. В одном из наших городов на ЭВМ вычисляли трудные дни для водителей городского транспорта и оставля-ли их работать в гараже – в результате ава-рийность стала заметно меньше.

При совпадении максимумов трёх биоцик-лов человек словно летает на крыльях. Женщина в такой период «коня на скаку ос-тановит, в горящую избу войдет». Но будет лучше, если жизнь ей позволит в это время заниматься творчеством, побивать мировые рекорды или рожать…

Хронобиология (биоритмология) изуча-ет биологическое время во всех его много-образных формах. Цивилизация нарушает природные ритмы. Особенно это на себе чувствуют люди, вынужденные работать по ночам (например, метростроевцы, астроно-мы) или те, кто часто меняет свое местопре-бывание и соответственно — часовые пояса (летчики, космонавты, спортсмены).

Давно замечено, что если человек оказы-вается непосредственно в природной среде, он возвращается к естественным ритмам. Иногда им лучше следовать и в интенсивно нервной городской жизни. Чередуя напря-женную работу с отдыхом, можно добиться гораздо большего, чем изнуряя себя бес-прерывным трудом. Не случайно в некото-рых офисах стали появляться кушетки для релаксации.

И все же будем помнить, что мы обладаем великим даром – силой воли. Человек может приказать себе, сказав «Да», когда усталый организм подсказывает «Нет». Либо наобо-рот, человек может сказать себе: «Нет!», хотя организм просит: «Да!» И в результате до-биться поставленной цели.

Марина Чернышева

Sankt-Petersburg State University

M. P.Chernysheva

TEMPORAL STRUCTURE of biosystems and biological TIME

Super Izdatelstvo

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 Петроградского университета, впервые описал ритмы ряда физиологических процессов человека. Д. И. Менделеев, описавший движение цветка вслед за изменением положения солнца, определенно продемонстрировал 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.

«Понять “природу” времени, – значит указать его природный референт, т. е. процесс, явление, “носитель” в материальном мире, свойства которого могли бы быть отождествлены или корреспондированы со свойствами, приписываемыми феномену времени».

А.П. Левич, 2000.

Вынесенное в эпиграф высказывание Александра Петровича Левича представляется совершенно справедливым в свете представлений Г. Лейбница и Н.А. Козырева об энергетической природе времени и его «активных свойствах». Действительно, по аналогии с историей открытия электрона по иммерсионному следу в камере Вильсона, биологические процессы, обладающие рядом темпоральных параметров и потому являющиеся по сути временными процессами, вполне могут быть «референтами» времени и отражать его воздействие. Для понимания «природы» времени в биосистемах важен анализ факторов, определяющих специфику живых организмов по сравнению с косными системами

Феномен жизни и отличия живого организма от косных систем, во все времена привлекали внимание философов и представителей естественных наук (Аристотель, 1937; Страхов, 2008; Вернадский, 1989; Ухтомский, 1966; Шредингер, 2002, и многие другие). Очевидно, что общность базисных законов природы не исключает особенностей их проявления в условиях специфики биосистемы, косной природной или искусственной систем. К их числу, в первую очередь, следует отнести законы термодинамики, определяющие для любой системы возможность и длительность работы, а также время существования (продолжительность жизни). Признавая справедливость законов термодинамики для всех объектов Вселенной, многие исследователи отмечают специфику проявлений второго начала термодинамики для живых организмов (Шредингер, 2002; Пригожин, 2002, и др.). Среди таковых, прежде всего, отмечается невозможность «тепловой смерти» для живых организмов вследствие стремления биосистем к стабилизации уровня энтропии (Вернадский, 1989; Пригожин, 2002; Пригожин, Стенгерс, 2000, и др.).

В основе жизнедеятельности биосистем лежат разнообразные процессы, использующие химическую, механическую, электрическую, световую и другие виды энергии. Как известно, при реализации различных функций (работы) в любой системе происходит частичное преобразование той или иной энергии в тепловую, которая может быть утрачена через теплорассеивание в окружающую среду или частично задержана, определяя уровень хаоса (энтропии) в структурах организма. Для живых организмов справедливы и другие известные определения энтропии: как меры степени неструктурированности потоков энергии и меры термодинамической возможности определенного состояния или процесса. Множественность возможных определений энтропии для биосистемы подчеркивает и разнообразие путей ее регуляции.

В современной науке используются также понятия биологиче­ского, психологического и социального пространства и времени.

В живом веществе пространство и времяхарактеризуют особен­ности пространственно-временных параметров органической материи: биологическое бытие человеческого индивида, смену видов растительных и животных организмов.

Пространство , в котором идут жизненные явления, т.е. существуют живые организмы и проявления их совокупностей, является энантиоморфным пространством. Т.е. его векторы полярны и энантиоморфны. Без этого не могло бы быть дисимметрии живых организмов.

В геометрическом выражении времени, в котором происходят жизненные явления, все его векторы должны быть также полярными и энантиоморфными.

Биологическим называется время , связанное с жизненными явлениями и отвечающее пространству живых организмов, которое обладает дисимметрией .

Полярность времени в биологических явлениях выражается в том, что эти процессы необратимы, т.е. геометрически в линии А→В векторы АВ и ВА различны.

Энантиоморфность времени выражается в том, что в процессе, идущем во времени, закономерно проявляется через определенные промежутки времени дисимметрия.

Свойства и проявление такого времени связанного с пространством резко отличны от всего остального пространства нашей планеты, могут отличаться от другого времени. Решить этот вопрос можно только эмпирическим изучением времени.

Такое изучение показывает, что биологическое время равно по длительности геологическому, так как на всем протяжении геологической истории мы имеем дело с жизнью. Биологическое время охватывает порядка n∙10 9 лет, n = 1,5÷3.

Начала жизни, т.е. начала биологического времени мы не знаем, нет данных и на конец биологического времени. Это биологическое время проявлялось в одной и той же среде, т.к. все живое происходило от живого же. Это был необратимый процесс, где время, отнесенное к пространству обладает полярными векторами. на это указывает единый процесс эволюции видов. неуклонно идущий все время в одном и том же направлении. Он идет с разной скоростью для разных видов, с остановками, но в общем картина живой природы постоянно меняется, не останавливаясь и не возвращаясь назад. Характерно для некоторых видов их вымирание, т.е. резко выраженный полярный характер векторов времени. Вопрос о существовании определенного предела во времени для растительного и животных видов поднимался не раз, но, по-видимому, в общей форме он должен быть решен отрицательно, так как есть виды, которые неизменно существуют без существенных морфологических изменений в течение сотен миллионов лет. Самое характерное, в смысле времени в живом веществе, является существование поколений.

Поколения генетически сменяясь, постоянно изменяются в своих морфологических признаках, причем это изменение или совершалось скачками через большие промежутки времени, или, наоборот, накапливаются от поколения к поколению незаметно. становясь видным только через большие числа поколений. Важно, что в том и другом случае наблюдается необратимый процесс, идущий с ходом времени.