Биологические ритмы. Медицинское значение хронобиологии

Биологические ритмы — фундаментальное свойство органического мира, обеспечивает его способность адаптации и выживания в циклически меняющихся условиях внешней среды.

Биоритмы - циклические колебания интенсивности и характера биологических процессов и явлений. Одни биологические ритмы относительно самостоятельны (частота сокращений сердца, дыхания), другие связаны с приспособлением организмов к геофизическим циклам - суточным (колебания интенсивности деления клеток, обмена веществ, двигательной активности животных), приливным (биологические процессы у организмов, связанные с уровнем морских приливов), годичным (изменение численности и активности животных, роста и развития растений и др.). Наука о биологических ритмах - хронобиология.

Хронобиология – наука, комбинирующая исследования и количественно оценивающая механизмы временной структуры. Одна из современных областей биологии, изучает механизмы регуляции суточных ритмов митотической активности, что имеет важное значение для медицины.

Нарушение приуроченности биоритмов человека к периодическим изменениям во внешней среде получило название десинхроноза. В качестве примеров можно привести перелёт в другой часовой пояс. Последствиями десинхроноза могут являться обострения хронических заболеваний, повышенная утомляемость и снижение работоспособности.

44. Морфологические предпосылки выхода Homo sapiens в социальную среду. Биологическое наследование человека как один из факторов, обеспечивающих возможность социального развития.

Становление вида Homo sapiens — антропогенез — тесно связано с развитием общества — социогенезом. Один из наиболее сложных вопросов — роль биологических и социальных факторов в эволюционном развитии человека. На первый взгляд кажется, что они отрицают друг друга: ведь естественный отбор как биологический фактор антропогенеза формировал организм человека для лучшего приспособления к среде, труд же — это социальное явление, ведущее в конечном итоге к преобразованию среды ради удовлетворения потребностей человека.

Однако в процессе эволюции эти два мощных фактора антропогенеза выступали в диалектическом единстве: механизм естественного отбора, проявлявшийся наиболее эффективно на ранних этапах антропогенеза, формировал и усиливал именно те особенности биологической организации человека, которые наиболее благоприятствовали дальнейшему прогрессу трудовой деятельности и развитию общества. В ходе процесса социализации человека одновременно происходит и постепенное «снятие», «самоустранение» формообразующей роли естественного отбора. Антропогенез завершился появлением Homo sapiens, мозг которого способен усвоить любую самую сложную социальную программу.

Реконструкция ранних этапов социогенезаявляется значительно более сложной задачей, чем воссоздание картины физической эволюции человека, поскольку здесь фактически отсутствуют прямые данные. Обычно при этом используется сугубо косвенная информация, заимствованная из исторических и естественных наук.

В эволюции живых существ природа в различные геологические эпохи уже не раз и не на одном живом объекте использовала принцип общественной организации как формы (способа) биологического прогресса.

Но самого высокого развития форма общественной организации достигла в процессе исторического становления человечества. […]

За прошедшее столетие появилось много новых фактов из области первобытной археологии, фундаментальные исследования по поведению приматов, содержащие интересные сведения об образе жизни и организации сообществ современных обезьян. Возникает вопрос: насколько правомерно использование таких материалов при реконструкции ранних этапов развития первобытного общества? (с. 101–103).

Однако общественный, стадный образ жизни обезьян, проявляющийся в разнообразных и сложных формах, являлся одной из важнейших биологических предпосылок очеловечения приматов. Разумеется, нужна большая осторожность при попытках распространения данных, полученных в наблюдениях над современными приматами, на древнейшие сообщества предков человека. […]

Сейчас существует несколько гипотез реконструкции ранних этапов социогенеза и соответствующих им моделей сообществ у обезьяньих предков человека. Чаще всего за основу берутся стада павианов разных видов, сообщества лесных или лесостепных шимпанзе. Ни одна из этих моделей не является общепризнанной, но и ни одну из них пока исключить с абсолютной уверенностью нельзя.

Наиболее распространены «модель стада павианов» и «модель лесостепных шимпанзе». В обоих случаях избираются сообщества животных, экологически наиболее близких к предполагаемым обезьяньим предкам человека — наземным обитателям лесосаванны.

Шимпанзе представляются более подходящей моделью и ввиду тесной филогенетической близости к человеку.

Кроме того, у шимпанзе вожак доминирует менее жестко, чем у павианов. Выраженное систематическое доминирование, вероятно, затрудняло бы совместные действия предков человека, например на охоте.

Разногласия существуют и в оценке роли так называемого зоологического индивидуализма в социогенезе.

Некоторые ученые, признавая унаследованный от обезьяньих предков резко выраженный зоологический индивидуализм характерной чертой ранних человеческих коллективов, считали его «сдерживание» одной из основных задач и функций зарождающегося общества.

В действительности внутристадные отношения гораздо разнообразнее, их никак нельзя свести к одной только половой функции.

Обезьяны в полном смысле этого слова «общественные животные», у них очень сильно выражено тяготение к себе подобным. Изоляцию они переносят крайне тяжело, нередко она приводит к развитию разнообразных заболеваний, в том числе неврозов и сердечнососудистых болезней вплоть до инфарктов. Отношения в стаде многолики: помимо «гаремов», включающих обычно самца и несколько самок, это и объединения молодых самцов, материнские (без самца) и материнско-отцовские семьи, здесь встречаются холостяки-одиночки и т. п.

Известно немало примеров взаимопомощи и защиты в стадах обезьян, причем не только в классическом тандеме «мать — детеныш», но и просто по отношению к слабым членам стада. […]

Многочисленные факты этологических наблюдений не дают оснований приписывать выраженную агрессивность объединениям гоминид. Скорее они свидетельствуют о довольно мирных отношениях в этих сообществах. Отметим, кстати, что и изучение палеоантропологических материалов показало отсутствие кровавых столкновений у древнейших гоминид — южноафриканских австралопитеков.

Несомненна значительная роль помощи и взаимопомощи, совместных действий, обучения и передачи опыта в структуре предчеловеческого сообщества. Даже у низших обезьян очень велика роль опыта и обучения.

Вероятно, большое значение в таких древнейших сообществах имел межгрупповой отбор, в ходе которого сообщества «умелых», опережая «неумелых» по жизнеспособности и численности, получали больше шансов на выживание.

Общество возникло, следовательно, не в результате добровольного договора людей — жить и работать сообща, как думали многие философы прошлого. Оно появилось в силу необходимости, под влиянием общественного труда.

Основу перехода обезьяньих предков человека к постоянному использованию естественных предметов для «потребительских целей» и далее — к изготовлению орудий составили ориентировочно-исследовательская деятельность обезьян, их способность манипулировать различными, часто непищевыми объектами, активное исследование всей окружающей обстановки и природной среды. […]

Что такое предметная деятельность обезьян, которую часто неточно называют «орудийной»? Это способность использовать природные или предложенные экспериментатором предметы в качестве «орудий» — посредников для решения разного рода задач. […]

Впрочем, обезьяны оказались не в состоянии изменить эти предметы-посредники с помощью других «орудий» […] предметная деятельность обезьян — не более чем биологическая основа, предпосылка для развития специфически трудовой деятельности. […]

Многие специалисты считают древнейшим этапом становления трудовой деятельности человека олдувайскую культуру. К числу ее особенностей относят: малый процент орудий сравнительно

с необработанными камнями; еще спорадический характер их использования; предполагаемое отсутствие общих представлений о значении частей орудия при его изготовлении, о свойствах и назначении отдельных орудий. Не совсем ясно, существовала ли тогда специальная технология раскалывания камня, но все же хабилис, видимо, уже связывал различные процессы в цикл действий. Даже в олдувайских оббитых гальках заметна последовательность ударов для образования рабочего края. [".]

Советский археолог А. Е. Матюхин выделяет на ранних этапах становления трудовой деятельности три гипотетические стадии: использование деревянных и каменных предметов подходящей формы и частичная их подправка (рамапитеки и ранние австралопитеки); различные приемы разбивания камней и выбор пригодных обломков (ранние австралопитеки); раскалывание галек и специально выбранных камней и получение орудий стандартной формы (поздние австралопитеки, хабилисы). При этом подчеркивается, что уже на ранних этапах орудийной деятельности существовали элементы изготовления орудий, преднамеренного изменения первоначальной формы предметов, хотя переход гоминид к систематическому изготовлению орудий на уровне всей популяции произошел позднее.

В ходе антропо и социогенеза неоднократно возникало и разрешалось противоречие между консерватизмом биологической организации человека и необходимостью ее дальнейших преобразований в связи с прогрессом трудовой деятельности. Совершенствование орудий постоянно предъявляло все новые и более высокие требования к структуре руки как органа труда, мозга — как субстрата интеллекта и другим системам гоминизации.

С развитием производства и усложнением производственных отношений прежние формы общения, коммуникаций становятся недостаточными: появляется необходимость в новых способах выражения мысли. Взгляды ученых на время возникновения членораздельной речи существенно расходятся: от австралопитеков до эпохи неолита. Разумеется, развитие речи было постепенным процессом. Возможно, в примитивной форме она существовала уже в ашеле, однако широко распространено мнение, что даже некоторые неандертальцы еще не имели вполне адекватного артикуляционного аппарата и не были способны к отчетливому произношению ряда гласных звуков.

Итак, существовавшее на начальных этапах антропогенеза древнейшее объединение гоминид — «первобытное стадо» — уже не было чисто биологическим сообществом. На каком-то этапе развития древнего общества первобытное стадо сменилось родовым строем.

Когда это произошло?

Наиболее распространенная точка зрения связывает переход к родовому строю с рубежом между средним и верхним палеолитом, которому таким образом придается особое значение в антропо исоциогенезе (Я. Я. Рогинский, П. П. Ефименко, П. И. Борисковский и др.).

Основные соображения в пользу данной гипотезы следующие. Во-первых, отмечается совпадение двух событий: возникновения верхнего палеолита и «массового» появления сапиенса около 40–38 тыс. лет назад. Во-вторых, верхний палеолит принес много нового в развитие трудовой деятельности и культуры. Важнейшим было, по-видимому, появление самобытных археологических культур, развивавшихся на различных территориях ойкумены[6] и, как считают некоторые исследователи, соответствовавшие племенам.

Из других прогрессивных черт верхнепалеолитической эпохи нужно упомянуть об огромном разнообразии орудий, в том числе развитии более сложных форм, как, например, орудий со вкладышами и составных. Широко использовались такие материалы, как кости и рога животных; нельзя не упомянуть о разнообразном устройстве жилищ, появлении различных видов первобытного искусства (орнамент, многоцветная пещерная живопись, статуэтки, музыкальные инструменты) и т. д.

Важное значение при этом придается межгрупповому отбору: преимущества получали те коллективы, в которых лучше разрешалось противоречие между необходимостью согласованных действий всех его членов и возникшей на определенном этапе развития производительных сил возможностью неравного присвоения или «нестабильностью отношений».

Переход к родовому строю мог способствовать ускорению процесса сапиентации, так как тесно связан с введением экзогамии. Экзогамия — это запрет половых отношений между членами одного сообщества и разрешение их между разными сообществами или разными частями одного большого сообщества — родами. Тем самым, возможно еще неосознанно, предотвращались неблагоприятные генетические последствия близкородственных браков и повышалась стойкость потомства.

И все же было бы неверно представлять себе этот рубеж в виде некоей четкой демаркационной линии.

В последние десятилетия появились данные, свидетельствующие о большой древности многих проявлений общественной жизни человечества (оседлость, жилища, охота). Почти все технические приемы обработки орудий верхнего палеолита были известны уже в мустье, не обнаруживается особых различий и в образе жизни, занятиях, материальной и духовной культуре гоминид этих эпох (погребения, зачатки искусства были, видимо, и в мустье).

Археологические материалы свидетельствуют о преемственности мустьерских и верхнепалеолитических культур. Антропологи могут констатировать появление гетерозисных форм уже в мустье. Таковы, например, высокорослые «кроманьоидные» люди из Передней Азии. Это говорит о возможности более раннего формирования экзогамии.

Есть разногласия и в оценке гипотезы преодоления «зоологическогоиндивидуализма» на этом позднем этапе антропогенеза. Выше мы видели, что нет особых оснований приписывать повышенную агрессивность обезьяньим предкам человека, а, следовательно, даже если бы на каком-то более позднем этапе социогенеза и появилась почва для обострения конфликтов, это был бы уже не «унаследованный», а, скорее, вторично приобретенный индивидуализм. По мнению В. П. Алексеева, возникновение социальных отношений вряд ли можно рассматривать как предотвращение зарождающимся обществом гибельных столкновений индивидуумов; их функциональная роль, скорее, состояла в регулировании производственных связей, складывавшихся в процессе трудовой деятельности.

Палеоантропологические материалы тоже не подтверждают гипотезу о постоянных кровавых столкновениях у древнейших и древних гоминид. […]

Конечно, нельзя отрицать возможности и даже вероятности случаев каннибализма у первобытного человека. Но не они определяли ход человеческой предыстории. Человечество просто не смогло бы выжить и развиваться далее в трудной борьбе с хищниками, голодом, болезнями, перепадами климата, преодолевать и разрешать многочисленные задачи, порождаемые окружающей средой, если бы проявления каннибализма и агрессии были широко распространены в эпоху его становления. Из ожесточенной борьбы с опасностями человек вышел победителем лишь благодаря коллективному труду»

45. Культура клеток и тканей

КУЛЬТУРА КЛЕТОК И ТКАНЕЙ, метод сохранения в жизнеспособном состоянии клеток, участков тканей, органов или их частей вне организма. Во 2-й пол. 19 в. развитие микробиологии, прежде всего медицинской (необходимость выделения и изучения микробов, вызывающих инфекционные болезни), а также производств, основанных на процессах брожения (виноделие и др.), привело к созданию методов культивирования клеток бактерий, дрожжей и других микроорганизмов, т. е. методов их выделения, выращивания, размножения и сохранения в искусственных условиях. Были разработаны составы жидких и твёрдых питательных сред, методы, обеспечивающие их стерильность, способы выращивания чистых культур, состоящих из клеток одного вида, и т. д. К сер. 20 в. было освоено культивирование микроорганизмов в промышленных масштабах.

Первые опыты по выращиванию клеток и тканей животных вне организма были сделаны в нач. 20 в. Дальнейшее совершенствование метода шло параллельно успехам цитологии, биохимии, генетики, эмбриологии, молекулярной биологии. Его возможности возросли после того, как научились получать изолированные клетки из различных животных тканей (путём их обработки специальными ферментами, растворяющими межклеточное вещество и разрушающими межклеточные контакты) и выяснили потребности разных клеток в гормонах, факторах роста и др. веществах, вносимых в искусственные питательные среды. Очевидные преимущества работы с генетически однородными клетками и тканями в контролируемых условиях вне организма по сравнению с проведением исследований на целых организмах сделали этот метод одним из наиболее универсальных в биологии. Столь же плодотворным оказалось его применение в медицине и при решении ряда задач сельского хозяйства и биотехнологии.

Клеточные и тканевые культуры использовались для изучения закономерностей митоза и числа клеточных циклов (делений) у клеток разных типов и выяснения в связи с этим «запрограммированности» процесса старения, для изучения механизмов клеточной дифференцировки, формирования специализированных тканей и органов, а также (при совместном культивировании) влияния друг на друга клеток разных типов. Культура клеток и тканей растений появилась позднее – в 1958 г., но уже всего через 6 лет из единственной клетки, извлечённой из корня моркови, удалось в условиях культуры вырастить целое растение с дифференцированными тканями и органами. Это направление широко применяется в селекции и биотехнологии.

Совместное культивирование клеток разных линий (клонов) привело к рождению нового важного раздела в экспериментальной биологии – генетики соматических клеток и прежде всего метода гибридизации соматических клеток.

Клеточные и тканевые культуры позволяют исследовать такие важные для медицины проблемы, как перерождение нормальных клеток в опухолевые, всесторонне изучать их свойства, чувствительность клеток к физическим и химическим факторам, в т. ч. к лекарствам, а также определять потенциальную мутагенность и канцерогенно-сти этих факторов, т. е. их способность вызывать мутации и опухоли. Разработка методов длительного культивирования позволяет формировать банки клеточных линий, обладающих определёнными генетическими и биохимическими свойствами. На этой основе создаются методы криоконсервации (от греч. «криос» – холод) – сохранение в условиях глубокого охлаждения клеток, тканей и органов для трансплантации (пересадки), в качестве резервного генофонда редких и исчезающих биологических видов, а также для других целей. С кон. 20 в. стали возникать банки, в которых хранятся замороженные стволовые клетки, используемые для лечения самых различных болезней и травм.

Клеточные культуры служат также удобными объектами для изучения тканевой несовместимости и других иммунных реакций. Они используются в диагностике вирусов и для получения вакцин. Таким образом, культура клеток и тканей применяется для решения как фундаментальных теоретических проблем (таких, напр., как клеточная дифференцировка), так и различных практических задач, особенно в области медицины. Этот метод – неотъемлемая составная часть генной инженерии, клеточной инженерии, клонирования и других направлений экспериментальной биологии.

46. Однородные в географическом отношении участки суши или водоема заселяемые живыми организмами, называются биотопами. Исторически сложившееся сообщество организмов данного биотопа (микроорганизмы, растения, животные) называется биоценозом. В комплексе биотоп и биоценоз составляют биогеоценоз - это сообщества живых организмов в определенной среде обитания. Они связаны между собой обменом веществ и энергии. Если в состав биогеоценоза входят и популяции человека, то такая экологическая структура называется антропобиогеоценозом.

Категории взаимоотношений (биотические связи) живых организмов в природе различны. Их основу составляют так называемые трофические связи, или цепи питания. Любая цепь питания включает три звена: 1) продуценты органического вещества (автотрофные организмы); 2) консументы - потребители органического вещества (гетеротрофные организмы); 3) деструкторы - разрушители органического вещества (в основном, бактерии). Выделяют следующие формы биотических связей.

Конкуренция - взаимоотношения организмов одного или разных видов, для которых необходимы одинаковые или сходные условия существования. Например, разные виды хищников и жертва: лиса, сова, грызуны.

Хищничество - взаимоотношения организмов разных видов (хищник и жертва), когда один убивает другого и использует его для однократного питания (например, волк и заяц, кошка и мышь).

Антибиоз - взаимоотношения организмов разных видов, когда продукты жизнедеятельности одних подавляют жизнедеятельность или вызывают гибель организмов других видов (например, антибиотики, фитонциды и микробы).

Симбиоз - любая форма сожительства организмов разных видов. Термин "симбиоз" (греч. sim - рядом, bios - жизнь, живой) введен в биологию в 1879 г. de Barry.

Различают следующие виды симбиоза:

а) синойкия (квартирантство) - сожительство места, при котором один партнер использует другого в качестве жилища, не принося ему ни пользы, ни вреда (например, рыба горчак откладывает икринки в мантийную полость моллюсков, ракообразные - морские желуди поселяются на раковине моллюсков);

б) мутуализм (лат. mutuus - взаимовыгодный) - взаимовыгодное и взаимозависимое сожительство организмов разных видов (например, актиния и рак-отшельник, лишайник - сожительство гриба и водоросли, кишечная палочка в кишечнике человека);

в) комменсализм (фр. commensal - сотрапезник, нахлебник) - вид симбиоза, при котором один организм использует другой как жилище и питается остатками пищи, или продуктами выделения другого, не причиняя ему вреда (например, непатогенные бактерии толстого кишечника человека, рыбки в кишечнике морского огурца); взаимоотношения хозяина и комменсала обычно имеют нейтральный характер;

г) паразитизм (лат. para - около, sitos - питание) – антагонистический симбиоз, при котором организм одного вида, поселяясь на или в теле организма другого вида, использует его в качестве среды обитания и источника питания, причиняя последнему вред.

Паразитизм - явление экологическое и представляет собой одну из разновидностей межвидовых отношений. Паразитизм в природе нерезко отграничен от других форм симбиоза. Он тесно примыкает к комменсализму и мутуализму (непатогенные кишечные амебы). Некоторых хищников считают эктопаразитами, а ряд эндопаразитов называют "микрохищниками". Например, пиявка по отношению к мелким холоднокровным организмам является хищником, а по отношению к крупным млекопитающим и человеку она является временным эктопаразитом. На грани паразитизма находится и внутренний симбиоз. Например, симбионты кишечника тлей выделяют ферменты, которые расщепляют сахара, поступающие с соками растений.

Основатель паразитологии немецкий зоолог P.Leucart (1879) главным критерием считал способность паразита питаться за счет хозяина, длительное время сохраняя ему жизнь. К критериям паразитизма он относил пространственные связи паразита с хозяином - использование его в качестве жилья, а также степень вреда паразита для организма хозяина.

Академик Е.Н.Павловский считал паразитами организмы, которые живут за счет особей другого вида, будучи биологически или экологически тесно связанными с ними в своем жизненном цикле на большем или меньшем его протяжении. Паразиты питаются соками тела, кровью, тканями или переваренной пищей своих хозяев, причем такой паразитический образ жизни является специфическим видовым признаком. Кроме того, паразиты постоянно или временно используют организм хозяина как территорию своего обитания.

Таким образом, критериями паразитизма являются:

1) пространственные отношения с хозяином (контакт паразита и хозяина);

2) питание за счет хозяина;

3) патогенное воздействие на хозяина.

Поиск по сайту: